Del Big Bang al origen de la vida (página 2)

En 1867 Sir Isaac Newton publico en su " Philosohiae Naturalis Principia Mathematica " no sólo cómo se mueven los cuerpos en el espacio y en el tiempo, sino que postuló una ley de gravitación universal, de acuerdo con la cual cada cuerpo en el universo era atraído por cualquier otro cuerpo con una fuerza que era mayor cuanto mayores fueran los mismos y cuanto más cerca estuvieran el uno del otro. Era esta misma fuerza la que hacía que los objetos cayeran al suelo. Newton mostró luego que de acuerdo con su ley, la gravedad es la causa de que la Luna se mueva en órbita elíptica alrededor de la Tierra y que la Tierra y los otros planetas sigan caminos elípticos alrededor del Sol. Newton de acuerdo a su teoría de la gravedad comprendió que las estrellas estarían atrayéndose entre sí, lo que traería como consecuencia que Ilegaría el momento en que se aglutinarían todas en un mismo punto del espacio (un dato interesante sobre la corriente general del pensamiento anterior al siglo XX es que nadie hubiera sugerido que el universo se estaría expandiendo o contrayendo, era generalmente aceptado que el universo o bien había existido por siempre en un estado inmóvil o bien había sido creado más o menos como lo vemos hoy). Los que comprendieron la teoría de Newton que mostraba que el universo no podía ser estático no pensaron que podría estar expandiéndose.

Una modificación que intentaron dar fue que una fuerza gravitacional a grandes distancias podría actuar como fuerza repulsiva. En 1929 Edwin Hubble observó que desde donde uno quiera que mire las galaxias distantes se están alejando de nosotros o en otras palabras, se está expandiendo el universo. Esto significa que en épocas anteriores los objetos deberían de haber estado más juntos entre sí. De hecho, parece que hubo un tiempo hace unos diez o veinte mil millones de años en que todos los objetos estaban en el mismo lugar exactamente y que por lo tanto la densidad del universo era infinita. Fue dicho descubrimiento el que Ilevó finalmente la cuestión del principio del universo a los dominios de la ciencia. Las observaciones de Hubble sugerían que hubo un tiempo, Ilamado el Big Bang  (gran explosión) en que el universo era infinitesimalmente pequeño e infinitamente denso.

¿Cómo fue el Big Bang…?

Se cree que toda la materia conocida que compone al universo estaba concentrada en un punto que poseía un tamaño nulo y por lo tanto estaba infinitamente caliente, en un determinado momento explotó; conforme el universo se expandía la temperatura de la radiación disminuía (cuando el universo duplica su tamaño, su temperatura se reduce a la mitad). Un segundo después del Big Bang la temperatura habría descendido alrededor de diez mil millones de grados. Eso representa unas mil veces la temperatura en el centro del Sol, pero marcas tan altas solo se alcanzan en las explosiones de las bombas H. En ese momento el universo habría contenido fundamentalmente fotones, electrones, neutrinos, sus antipartículas, junto con algunos protones y neutrones. Alrededor de 100 segundos después del Big Bang la temperatura habría descendido a mil millones de grados que es la temperatura en el interior de las estrellas más calientes.

A esta temperatura comenzaron a unirse protones y neutrones dando origen a deuterio helio litio berilo etc. Tan solo unas horas después del BIG BANG la producción de helio y otros elementos se habría detenido, después, durante el siguiente millón de años el universo continuo expandiéndose sin que ocurriese mucho más. Finalmente, una vez que la temperatura hubiese descendido a unos pocos miles de grados y los núcleos y los electrones no tuviesen ya suficiente energía para vencer la atracción electromagnética entre ellos estos , habrían comenzado a combinarse para formar átomos. El universo en conjunto habría seguido enfriándose y expandiéndose.

En algunas regiones más densas esta expansión habría sido retardada y esto habría provocado que comenzasen a colapsar de nuevo, el tirón gravitatorio debido a las materias fuera de estas regiones podría empezar a hacerlas girar ligeramente. A medida que la región colapsante se hiciese más pequeña, daría vueltas sobre si misma mas deprisa, exactamente de la misma forma que los patinadores dando vueltas sobre el hielo giran mas deprisa cuando encogen sus brazos. Finalmente, cuando la región se hiciera suficientemente pequeña, estaría girando lo suficientemente deprisa como para compensar la atracción de la gravedad, y de este modo habrían nacido las galaxias giratorias en forma de disco. Otras regiones, que por azar no hubieran adquirido rotacion se convertirían en objetos ovalados llamados galaxias elípticas. En estas regiones, dejarían de colapsarse porque partes individuales de la galaxia estarían girando de forma estable alrededor de su centro aunque la galaxia en su conjunto no tendría rotación. A medida que el tiempo pasase, el gas de hidrogeno y helio de las galaxias se disgregaría en nubes más pequeñas, que comenzarían a colapsarse debido a su propia gravedad.

Conforme se contrajesen los átomos dentro de ellas y colisionasen unos con otros, la temperatura del gas aumentarían hasta que finalmente estuviese lo suficientemente caliente como para iniciar reacciones de fusión nuclear. Estas reacciones convertirían el hidrogeno en gas helio y el calor desprendido aumentaría la presion lo que impediría a las nubes seguir contrayéndose. Esas nubes permanecerían estables en ese estado durante mucho tiempo como estreIlas del tipo de nuestro Sol quemando hidrogeno para formar helio e irradiando la energía resultante en forma de calor y luz. Las estrellas con una masa mayor necesitarían estar mas calientes para compensar su atracción gravitatoria más intensa lo que haría que las reacciones de fusión nuclear se produjesen mucho más rápido, tanto que consumirían su hidrogeno en un tiempo tan corto como cien millones de años. Se contraerían ligeramente y al calentarse mas empezarían a convertir el helio en elementos mas pesados como carbono u oxigeno. Esto sin embargo no liberaría mucha más energía de modo que se produciría una crisis, las regiones centrales de la estrella colapsarían hasta un estado muy denso, tal como una estrella de neutrones o un agujero negro. Las regiones externas de la estrella podrían a veces ser despedidas en una tremenda explosión, Ilamada supernova que superaría en brillo a todas las demás estrellas juntas de su galaxia. Algunos de los elementos mas pesados producidos hacia el final de la vida de la estrella serian arrojados de nuevo al gas de la galaxia y proporcionarían parte de la materia prima para la próxima generación de estrellas.

Nuestro propio Sol contiene alrededor de un 2% de esos elementos mas pesados, ya que es una estrella de segunda o tercera generación, formada hace unos cinco mil millones de años a partir de una nube giratoria de gas que contenía los restos de supernovas anteriores. La mayor parte del gas de esa nube, o bien sirvió para formar el Sol o bien fue arrojada fuera, pero una pequeña cantidad de elementos mas pesados se acumularon juntos para formar los cuerpos que ahora giran alrededor del Sol como planetas al igual que la tierra.

Orígenes de nuestro planeta

En un principio la tierra era una masa fundida que irradiaba calor hacia el espacio circundante. La tierra se calentó gradualmente a medida que se condensaba, un factor fue la liberación de energía gravitacional como resultado del aumento de la densidad otro fue la radiactividad, entonces quince veces más intensa en la tierra que ahora. Durante el periodo de fusion las fuerzas centrípeta, centrifuga y las corrientes de convección en la masa liquida viscosa, separaron la sustancia planetaria en zonas concéntricas. Con el transcurso del tiempo se estructuro en un núcleo interior todavía fundido, de materia pesada, rodeado de material más liviano; la capa exterior era un manto de basalto con un espesor de varios centenares de kilómetros de espesor. El manto comenzó a enfriarse dando origen a la corteza sólida, acontecimiento que señala el origen de la historia geológica hace alrededor de 4.500 millones de años. Para esa época la Tierra había perdido los gases que la envolvían salvo una pequeña parte de los mismos.

 Al comenzar la solidificación la esfera debe de haber estado casi tan desprovista de atmósfera como la luna en la actualidad. Desaparecieron el hidrogeno y el helio, que constituyeran el 99% de la atmósfera original. Salvo algunos vestigios desaparecieron también el metano, oxigeno, nitrógeno y vapor de agua presentes originalmente en la atmósfera. Sin embargo esta extrema pobreza del aire no duro mucho tiempo.

A través del magma fundido se elevaron burbujas de gas, escaparon por las fisuras existentes en las crecientes islas de sustancias sólidas, la evaporación las levanto de las superficies calientes y formaron una nueva atmósfera que la Tierra pudo retener al cabo de corto tiempo, pues ya estaba suficientemente fría. Era una atmósfera muy distinta a la anterior y también distinta de la actual. Contenía muy escasa cantidad de oxigeno libre, abundante óxido de carbono y enormes cantidades de vapor de agua. El aspecto de la Tierra en esos momentos era muy brillante, visto desde el espacio. Estaba envuelta en un manto continuo de nubes cuya deslumbrante superficie exterior reflejaba el 60% de la luz solar (actualmente, la Luna solo refleja el 7%) En cuanto al 40% absorbido, ningún rayo visible llegaba a la superficie terrestre, tan gruesa era la nube que rodeaba al globo, tan densa su textura. Durante miles y miles de años se ocultaron a toda posible contemplación desde el espacio las escenas de la formación de la corteza terrestre, en la cual reinaban las llamas, humo mezclado con hirvientes chorros de vapor. Las energías de los elementos radiactivos encerrados bajo la superficie solidificada volvieron a provocar la fusión de las rocas inferiores produciendo estupendas erupciones de lava resplandeciente. Se levantaban montañas debido a la falta de uniformidad en la densidad de solidificación provocando pliegues en la corteza: grandes porciones de la superficie global se hundían formando cuencas. El agua debía ser detenida con violento calor mientras mayores y mayores cantidades de líquidos se condensaban en gotas, y estas presionaban hacia abajo de manera persistente desde la fría y gruesa capa de la atmósfera superior.

Una vez comenzada la noche más oscura y larga que la tierra haya conocido hasta ahora, comenzó a llover sobre una superficie suficientemente fría como para permitir al agua escurrirse desde los lugares mas altos a los más bajos en vez de evaporarse inmediatamente como ocurría antes. A partir de ese momento y durante meses, años y siglos la Iluvia cayo a torrentes sin cesar aumentando su intensidad cada vez que nuevas superficies quedaban expuestas a su acción, y enviaban al aire anhídrido carbónico, vapor de agua y nubes de gases corrosivos. Lentamente el espesor del manto de nubes que rodeaba al globo fue disminuyendo poco a poco la negrura de la noche dejo paso a un sombrío crepúsculo; por ultimo el manto se desgarro aquí y allá y al fin se disipo por completo en áreas extensas permitiendo la llegada de la luz solar a través del aire límpido, hasta la húmeda faz de la tierra. Mas la mayoría de la luz incidió sobre una superficie realmente liquida pues para ese entonces todas las depresiones de la superficie terrestre estaban llenas de agua. Se habían formado los primeros mares. Eran virtualmente mares de agua dulce, sobre los cuales brillo el primer Sol, contenían solo pequeños vestigios de sales minerales pero estos eran clara evidencia de que ya estaban en acción las fuerzas hídricas erosivas, formadoras de paisajes con su poder de disolver y erosionar. (recordemos que el agua es el disolvente químico universal) Desde entonces y hasta ahora estas fuerzas han venido trabajando todos los instantes de todos los días, desgastando montañas eliminando continentes enteros tendiendo siempre a reducir la superficie terrestre a una perfecta lisura. Si este objetivo se lograra, nuestro planeta seria una superficie de océano ininterrumpida de unos tres a cinco kilómetros de profundidad.

Sabemos que esta finalidad nunca se alcanza dados factores como los orogénicos y otros, pero sí es posible que la mayoría de la superficie terrestre haya estado cubierta por el mar la mayoría del tiempo desde que esta se solidifico El agua es un poderoso agente destructor, cada gota impulsada por el viento se comporta como un proyectil pequeño pero de gran eficacia pudiendo arrancar diminutos fragmentos aun de la roca más dura. (esto lo podemos observar en los mosaicos mas duros que son expuestos a la acción de un goteo de canilla; al cabo de unos pocos años se forma una pequeña depresión en el lugar donde cae la gota). Otro proceso de destrucción de las rocas es el congelamiento del agua en sus grietas, lo que provoca su rotura en fragmentos de menor tamaño, recordemos también que las rocas arrastradas por un río cumplen acción erosiva.

El suelo de esos días era una acumulación de partículas minerales, mas tarde aparecieron las arenas gruesas luego las finas, las arcillas, pero no había en el suelo primitivo sustancias orgánicas, porque no había vida todavía. Nos cabe aclarar como surgió esta, pero ese no es nuestro tema central, ya hablaremos de ello mas adelante pues compete a la geología por su importancia al estudio de los estratos. Hasta aquí hemos dado una posible imagen que nos haga luz en el oscuro principio, del que aun hoy se continua discutiendo. Estas son las últimas teorías y las mas aceptadas científicamente a nivel mundial. Queda en cada uno de nosotros seguir investigando para tratar de develar el misterio de nuestros comienzos.

En un principio…

Se asume que la vida se originó en el mar. En la década de los años treinta, A. I. Oparin en Rusia y J. B. S. Haldane en Inglaterra propusieron, cada uno por su cuenta, un escenario en el que las primeras moléculas orgánicas útiles para la vida se crearon en la superficie de la Tierra a partir de compuestos de carbono y nitrógeno relativamente simples. De acuerdo con el modelo de Oparin y Haldane, estos compuestos orgánicos adquirieron cada vez mayor complejidad, y eventualmente evolucionaron para dar origen a los primeros organismos unicelulares, en los mares primitivos de la Tierra.

Años más tarde, las ideas de estos dos investigadores inspiraron a S. L. Miller y H. C. Urey de la Universidad de Chicago, a realizar un experimento en el que simulaban las condiciones primitivas de la Tierra en una botella de vidrio. Miller y Urey depositaron en la botella diversos compuestos simples como amoniaco, hidrógeno, agua y algunos otros, e irradiaron la mezcla con luz ultravioleta y rayos X, los cuales se suponía que existían en la superficie de la Tierra primitiva debido a la ausencia de oxígeno en la atmósfera. El resultado de este experimento fue sorprendente, ya que después de un tiempo se obtuvieron moléculas orgánicas complicadas, como algunos aminoácidos y bases nitrogenadas que son fundamentales para los organismos vivos. De esta manera, Miller y Urey mostraron que era perfectamente posible obtener moléculas orgánicas complejas a partir de compuestos químicos sencillos con relativa facilidad, lo cual representó una especie de confirmación de las ideas de Oparin y Haldane.

Origen de la vida

Las unidades básicas de la vida son las células, ya que son los organismos vivos más pequeños a partir de los cuales todos los demás estamos construidos. Las células están compuestas, a su vez, por diferentes tipos de moléculas, por ejemplo, los azúcares, que conforman la reserva energética, o los ácidos grasos que sirven para construir la membrana celular. Hay dos tipos de moléculas que desempeñan un papel fundamental dentro de la maquinaria celular: las proteínas y los ácidos nucleicos. Las proteínas son los "obreros" celulares, es decir, son las moléculas encargadas de llevar a cabo todas las funciones metabólicas de la célula.

Hay proteínas que se encargan de transportar oxígeno, que dirigen la construcción de membranas, que introducen nutrientes a la célula; otras degradan estos nutrientes extrayendo la energía química requerida, y otras más expulsan los desechos fuera de la célula. En fin, las proteínas son las encargadas de realizar, de manera orquestada y organizada, todo el trabajo celular. Por otro lado, los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN, contienen la información genética del metabolismo celular. Es decir, en estas moléculas se almacena la información de todas las proteínas que requiere la célula para subsistir. Cuando decimos, por ejemplo, que el ADN contiene la información del color de los ojos de las personas, a lo que nos referimos es a que en el ADN está contenida la información de las proteínas que le dan el color a los ojos. Esta información se pasa íntegramente de la célula madre a las células hijas en la división celular, lo que hace que se conserven las características genéticas de la especie. Las proteínas son fundamentales para que esto ocurra, ya que participan activamente en la reproducción celular, suministrando, transportando y degradando todos los nutrientes químicos necesarios para ello, y acelerando reacciones químicas metabólicas que de otra forma no podrían realizarse.

La interrelación entre ácidos nucleicos y proteínas es muy estrecha y complicada. En el ADN y ARN está la información para construir a las proteínas, y a su vez las proteínas son fundamentales para la conservación y replicación del ADN y del ARN. Al parecer, sin proteínas, los ácidos nucleicos no se pueden construir ni mucho menos replicar y, sin ácidos nucleicos, la célula no cuenta con la información para fabricar las proteínas que necesita para estar viva. El origen de la vida tiene que ver con los primeros procesos físicos y químicos que eventualmente condujeron a las células. Estos procesos pueden clasificarse en dos tipos: el primero consiste en los procesos encargados de la formación de moléculas complejas a partir de moléculas sencillas, y se llaman procesos prebióticos; ya Miller y Urey nos dieron algunas pistas de cómo se llevan a cabo. El segundo tipo de procesos son los que conducen a la interrelación entre proteínas y ácidos nucleicos que le permite a la célula realizar todas sus funciones metabólicas de subsistencia y replicación, y se conocen como procesos protobióticos.

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Lo que sigue, esta dividido en eras, en las cuales se pueden observar el desarrollo y evolución de la vida en el planeta.                            

La Era Arcaica o Azoica se inicia hace unos 3.000 millones de años. Formación de la Tierra. Desarrollo de tierras y océanos. Se caracteriza por la ausencia de vida.

El Período Precámbrico se remonta a unos 1.000 millones de años. Se suele dividir en dos eras:

1.- La Era Arqueozoica, donde probablemente existieron algunas formas rudimentarias de vida.

2.- La Era Proterozoica, cuando se desarrolló una vida marítima simple, probablemente algunos invertebrados parecidos a los gusanos; algas.

La Era Primaria o Paleozoica comienza hace 570 millones de años. Se distinguen a su vez varios periodos:

1.- En el Periodo Cámbrico abundan los trilobites, moluscos y crustáceos.

2.- En el Periodo Ordovícico (que se inicia hace 505 millones de años) siguen abundando los trilobites, se extienden los equinodermos y braquiópodos y aparecen los primeros peces.

3.- El Periodo Silúrico se inicia hace 440 millones de años. Aparecen peces acorazados gigantes, las primeras plantas terrestres y de pantanos, grandes escorpiones marinos.

4.- El Periodo Devónico empezó hace 410 millones de años. Aparecen los peces modernos y los anfibios, evolucionan las plantas terrestres.

5.- En el Periodo Carbonífero (iniciado hace 360 millones de años) se extienden los anfibios, aparecen los primeros reptiles, la tierra se llena de musgos y helechos, cuyos restos formarán las cuencas de carbón.

6.- En el Periodo Pérmico (que empezó hace 285 millones de años) se extienden los reptiles, mientras los anfibios pierden importancia; se extinguen los trilobites y aparecen las primeras coníferas.

La Era Secundaria o Mesozoica empezó hace 245 millones de años.

1.- El primer Periodo del Mesozoico es el Triásico, en el que aparecen los primeros dinosaurios y grandes reptiles marinos. También surgen los primeros mamíferos. Abundan los amonites, surgen nuevas especies de plantas y se forman grandes bosques de coníferas.

2.- Durante el Periodo Jurásico (iniciado hace 210 millones de años) los dinosaurios dominan la Tierra. Aparecen reptiles voladores y las primeras aves, junto con nuevas especies de pequeños mamíferos.

3.- Durante el Periodo Cretácico (iniciado hace 145 millones de años) aparecen las primeras plantas con flores. Al final del periodo se extinguen los dinosaurios y muchos otros reptiles, al igual que los amonites.

La Era Terciaria o Cenozoica se inicia hace 65 millones de años.

1.- El primer Período del Cenozoico es el Paleoceno, en el que proliferan los mamíferos.

2.- En el siguiente Período, el Eoceno (hace 60 millones de años), surgen nuevas especies de animales (caballos y elefantes primitivos), así como de plantas.

3.- El Periodo Oligoceno se inicia hace 35 millones de años. Proliferan las plantas con flores, surgen muchos de los mamíferos actuales, entre ellos, los primeros simios.

4.- Hace 25 millones de años, en el Periodo Mioceno, se multiplican los simios, especialmente abundantes en África. Aparecen los primeros homínidos.

5.- En el Periodo Plioceno (hace 5 millones de años) un enfriamiento del clima provoca la extinción de muchos grandes mamíferos. Abundan los homínidos.

La Era Cuaternaria o Antropozoica (iniciada hace 1 millón de años). Durante ella hace su aparición el hombre: el Homo Neanderthalensis y el Homo sapiens. Se divide en dos periodos.

1.- El Periodo Pleistoceno, durante el cual las glaciaciones invadieron parte de los continentes.

2.- El Periodo Holoceno, que comenzó hace unos 25.000 años y se prolonga hasta la actualidad.

Finalmente, podríamos resumir estos hechos en un calendario cósmico, en el cual se representa toda la historia que hemos desarrollado, desde el Big Bang hasta la actualidad

Es importante destacar el lugar del hombre dentro de este calendario, puesto que ocupa los  segundos finales del último día del mes de diciembre.

Teniendo en cuenta que hace tan solo cinco millones de años que aparecieron los primeros homínidos que darían origen al homo sapiens, es notable cómo una sola especie logró dominar a las otras,  manipular los elementos, cambiar la geografía e incluso el clima del planeta.

Ninguna otra especie que se tenga conocimiento hasta antes de la aparición del hombre causó tanto daño al planeta, extinguiendo su fauna y su flora, contaminándolo de forma irreversible en muchos aspectos.

El hombre es solo un breve lapso de tiempo en este calendario. Apareció repentinamente. Quizás, desaparezca mucho más rápido que lo que tardó en evolucionar, si no toma conciencia del valor de los ecosistemas.

Calendario Cósmico

Diciembre

Diciembre 31

Autor:

Iván O. Garnica García