Wednesday, November 29, 2006

Modelos Genes First y Metabolism First

En los anteriores posts he hablado sobre las diversas teorías existentes sobre el origen de la vida, sin embargo, aun había dudas en que fue lo que surgio primero, si el material genético que define a las células que componen a todas las formas de vida, o el metabolismo, a partir del cual surgen algunas moléculas indispensables para la vida.

El modelo “Genes First” afirma que fueron los genes los primeros en surgir, en forma de moléculas de ARN, y que dichos genes fueron los que comenzaron a generar las primeras proteínas, las cuales se ensamblaron con otras moléculas formando las primeras estructuras celulares, dando lugar a las primeras protocélulas.

El modelo “Metabolism First” afirma que antes del surgimiento de las primeras moléculas orgánicas, existía un sistema metabólico que utilizaba las reacciones REDOX de los sulfuros de hierro y otros metales, los cuales se encontraban en los fondos oceánicos de la Tierra primigenia. Según esta teoría, los sistemas químicos surgidos a través de las reacciones REDOX de estos compuestos dieron lugar a la formación de oligómeros y polímeros gracias a la energía liberada como resultado de estas reacciones químicas, lo que finalmente termino originando las primeras moléculas orgánicas, que finalmente dieron lugar a las primeras estructuras celulares y finalmente a las primeras protocélulas.

Estos modelos no están mayoritariamente aceptados, pero algunas de sus hipótesis son incluidas en otros modelos creando modelos híbridos.

Friday, November 24, 2006

En búsqueda de las diferencias entre partícula y antipartícula



Llamamos antipartículas al complemento de materia negativa que existe para cada tipo de partícula común. Cada partícula está asociada a su antipartícula, la cual posee la misma cantidad de masa, sólo que sus cargas eléctricas (además de otras propiedades como el espín) son diferentes. Un ejemplo es el electrón y su antipartícula, el positrón.

El fenómeno en que existe una diferencia considerable entre alguna pareja partícula-antipartícula, como la diferencia en la forma en que decaen, recibe el nombre de "violación CP" (charge parity violation).

Materia y anti-materia deberían existir por igual, suponemos, ya que es necesario que cada partícula posea su correspondiente antipartícula. No obstante, las observaciones dicen que en el universo hay una predominancia significativa de materia por sobre la antimateria. Es por eso que se experimenta actualmente en búsqueda de las violaciones CP, con el fin de explicar este desbalance, conociendo las diferencias entre los pares de partículas.

Friday, November 17, 2006

Expansión y energía oscura


En el artículo anterior sobre física revisamos algunos aspectos de la hipótesis de la materia oscura. Una teoría similar es la de la energía oscura, la cual no debe ser confundida con la anterior. Hoy no me detendré en la base de la teoría, sino más bien expondré algunos datos actuales de la misma. Es preciso decir, no obstante, que se cree que un 75% del universo está compuesto de ella. Su principal propiedad es la de repeler la fuerza de atracción gravitacional de la materia, lo cual confirmaría yposibilitaría la expansión del universo.




Según nuevos datos del telescopio Hubble se cree que la fuerza expansiva de la energía oscura es bastante reciente. Se piensa que su intensidad podría ir cambiando junto con la evolución del mismo universo, aunque comparaciones entre supernovas recientes y otras ocurridas hace unos 9 mil millones de años muestran propiedades similares en la forma en que se expanden. Esto último es uno de los mayores indicios para investigar sobre la expansión del cosmos. Las observaciones del Hubble han confirmado además que la expansión comenzó a tomar gran velocidad sólo hace 6 mil millones de años, lo cual es muy reciente pensando en la edad del universo (20 mil millones). En este momento es cuando la energía oscura sobrepasó a la fuerza de la materia.

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Dark Energy Has Been With Us For a Long Time

Wednesday, November 15, 2006

Panspermia, origen extraterrestre de la vida

En el siglo V a.C. el filósofo griego Anaxagoras menciono las primeras ideas sobre esta teoria en sus escritos, sin embargo no fue hasta el siglo XIX en el que se comenzo a investigar por los científicos modernos, tales como Hermann von Helmholtz (1879) y Svante Arrhenius (1903).

La Teoría de la Panspermia afirma que la vida aparecida en la Tierra no surgio aqui, sino en otros lugares del Universo, y que llego a nuestro planeta utilizando los meteoritos y los asteroides como forma de desplazarse de un planeta a otro. Dicha teoría parece confirmada en algunos puntos, si tenemos en cuenta que los componentes que componen las formas de vida que nosotros conocemos (las basadas en la química del carbono) se pueden encontrar en muchos lugares del Universo, y el hecho de que se han descubierto especies de bacterias que viven en ambientes extremos y que son capaces de soportar las condiciones del espacio, conocidas como bacterias extremofilas. Un ejemplo de estas bacterias son las Streptococcus mitis, que fueron llevadas por error a la Luna por la nave Surveyor 3 en 1967 y que siguieron con vida al regresar a la Tierra. A la Teoría de la Panspermia tambien se la conoce con el nombre de Teoría de la Exogénesis, aunque para la comunidad científica ambas teorías no sean exactamente iguales.


La Panspermia puede ser de 2 tipos:
-Panspermia interestelar. El intercambio de formas de vida se producen entre sistemas solares.
-Panspermia interplanetaria. El intercambio de formas de vida se producen entre planetas pertenecientes al mismo sistema solar.

La explicación más aceptada de esta teoría para explicar el origen de la vida es que algún ser vivo primitivo (probablemente alguna bacteria) viniera del planeta Marte (del cual se sospecha que tuvo seres vivos debido a los rastros dejados por grandes superficies acuosas en su superficie) y que tras impactar algun meteorito en Marte, alguna de estas formas de vida quedo atrapada en algun fragmento, y entonces se dirigio con el a la Tierra, lugar en el que impacto. Tras el impacto dicha bacteria sobrevivio y logro adaptarse a las condiciones ambientales y químicas de la Tierra ancestral, logrando reproducirse para de esta manera perpetuar su especie. Con el paso del tiempo dichas formas de vida fueron evolucionando hasta generar la biodiversidad existente en la actualidad.

De todas formas, a pesar de que esta teoría sea cada vez más aceptada, sigue todavia teniendo errores. Los errores que tiran por tierra la Teoría de la Panspermia son:
-Para que aparezcan formas de vida basadas en el carbono no solo es necesaria la existencia de todos los elementos químicos que reaccionan con el carbono, sino que se tienen que dar unas condiciones de densidad y temperatura necesarias para que se den las reacciones químicas capaces de generar las biomoléculas.
-A pesar de que se ha comprobado que hay bacterias que son capaces de sobrevivir a condiciones extremas, se sabe con claridad que el espacio es un entorno muy hostil para la vida, sobre todo las radiaciones interestelares, que son capaces de producir mutaciones serias que son capaces de poner en peligro la propia vida de dichos seres.
-Aunque una o varias bacterias hayan logrado sobrevivir a un viaje a traves del espacio, la entrada del asteroide o meteorito en el que viajan en la atmósfera terrestre habria logrado que tanto las formas de vida como el vehículo empleado quedaran destruidos.
-Es muy complicado demostrar el origen extraterrestre de la vida, ya que los fósiles más antiguos pertenecen a una época muy posterior al propio origen de la vida, debido a la destrucción de los estratos geológicos más antiguos por el mero hecho del movimiento continuo de las placas tectónicas de la Tierra, haciendo que los restos fósiles enterrados en las mismas queden destruidos tras los procesos de subducción de unas placas bajo las otras.

Saturday, November 11, 2006

Materia oscura y la teoría DINEMO


La cosmología contemporánea es conocida por sus descubrimientos y raras teorías. Un ejemplo es la materia oscura. No se trata de algún tipo de materia de un color determinado. Los cosmólogos llaman así a una clase hipotética de partículas que no son percibidas por la radiación que emiten, como todo lo demás en el universo. Una de las tesis fundamentales de la astronomía es afirmar que el universo está formado totalmente por materia. De ahí que una de las dudas más grandes actualmente es sobre la existencia de esta materia oscura, la cual es deducida por los movimientos de otra materia a su alrededor.

Es que en realidad ésta no emite aparentemente ningún tipo de radiación dentro del espectro electromagnético que va desde los rayos gamma de alta frecuencia hasta las ondas de radio de muy baja frecuencia. No se trata de una parte no visible del espectro, como las frecuencias recién mencionadas o las ondas de microondas o infrarrojas. La materia oscura no es clasificable en ningún lugar del espectro electromagnético completo, incluyendo lo que hay fuera del espectro visible. Si hay partes de alguna galaxia que no son visibles, entonces es posible utilizar telescopios de radio, por ejemplo, y luego interpretar las señales dependiendo de su frecuencia. Pero con la materia oscura existe una técina distinta a la hora de "percibirla": su existencia se deduce por efectos gravitatorios en otro tipo de cuerpos como galaxias, estrellas, etc.

El gran problema de la materia oscura surge al contrastar las observaciones con los cálculos. Es en el choque mismo entre teoría y experiencia donde la ciencia hace mejor su trabajo. Según diferentes cálculos que se han hecho usando los efectos gravitatorios, se estima que hay en el universo una cantidad de materia total mucho mayor de la que podríamos observar. Se cree que un 25% del universo está compuesto de materia oscura, a pesar de que jamás haya sido observada directamente en un observatorio.

Las consecuencias que podría tener una prueba consistente y definitiva de su existencia son importantes no sólo para una comprensión del universo actual, sino de toda su evolución. Es decir que una resolución de este problema llamado "problema de la materia oscura" podría ayudar a resolver preguntas relacionadas con la teoría del Big Bang. De su existencia o ausencia depende qué tipo de final tendrá el universo.

Según la teoría del Big Bang el universo se encuentra en estado de expansión desde su comienzo. No obstante, su final aún está en cuestión. Si la hipótesis de la materia oscura es refutada, podríamos deducir que el universo continuará en expansión para siempre, ya que no habría suficiente masa y gravedad como para invertir la expansión. Por otra parte, si la hipótesis llegara a confirmarse, la expansión podría desacelerarse o incluso detenerse. Pero todavía no hay una respuesta definitiva.

La composición de estos cuerpos es, como podrá pensarse, todavía pura especulación, pero se cree que son cuerpos muy masivos y densos. Con respecto a la solución del problema de la materia oscura, la mayoría de los cosmólogos creen que ésta sí existe. Hay quienes como Mordehai Milgrom que proponen que la solución no está en la materia misma, sino en las leyes del movimiento con las cuales la observamos. Él estableció la teoría llamada Dinámica de Newton Modificada (DINEMO o MOND en inglés), según la cual se propone una explicación de la rotación de galaxias sin la necesidad de incluir la hipotética materia oscura. Esta teoría es muy criticada actualmente y es difícil que sea aceptada como plausible en cosmología. Una de las principales razones de esto es su incompatibilidad en algunos puntos con la Relatividad General, lo cual es más que un detalle.


Relacionados:

Cosmic Hide and Seek: the Searchfor the Missing Mass

Problems for MOND in Clusters and the Ly-alpha Forest



Wednesday, November 08, 2006

Teoria de la síntesis prebiótica. El experimento de Miller-Urey

Después de años de investigación, los bioquímicos estadounidenses Stanley L. Miller y Harold C. Urey lograron realizar un experimento en 1953 que fue capaz de explicar el origen de la vida. En dicho experimento se hizo una simulación de las condiciones de la Tierra primigenia, esperando con el transcurso de los dias que entre todos los componentes se produjeran reacciones químicas que dieran lugar a moléculas que pudieran ser la base de la vida.


Al final el experimento fue un éxito, ya que comenzaron a aparecer varios polímeros, y basandose en las observaciones del mismo, Stanley L. Miller desarrolló una teoría que explicaba el origen de la vida a partir de componentes que se pudieron formar en la Tierra primigenia a base de reacciones químicas. Dicha teoría recibio el nombre de Teoría de la síntesis prebiótica.

Con dicha teoría, se pueden explicar los pasos que se dieron desde el origen de la Tierra, para que finalmente aparecieran los primeros organismos vivos. Los pasos son:
-Formación de polímeros de ARN capaces de replicarse mediante el anidamiento de bases complementarias.
Incorporación de los mecanismos necesarios para que las moléculas de ARN puedan regir la síntesis de las moléculas proteicas.
-Formación de una membrana de lípidos que determine el aislamiento de las moléculas de ARN y nuevas proteinas.
-Sustitución del ARN por el ADN como material que codifica la información para la síntesis de proteinas.
-Aparición de los primeros organismos procariontes (hace unos 3500 millones de años).
-Evolución de los organismos procariontes a las formas celulares eucariotas (hace 1500-1000 millones de años).
-Aparición de los primeros organismos pluricelulares.

En la actualidad, esta teoría es la más aceptada de todas, sin embargo, aun hay sectores de la comunidad científica que no estan muy conformes con las explicaciones que da esta teoría.

Saturday, November 04, 2006

Las revoluciones de la física: parte 3: Las leyes de Newton



Como dijimos la semana pasada, Isaac Newton logró reunir explicaciones para el movimiento de los cuerpos y establecer una teoría completa tanto para lo que ocurre sobre la Tierra como a nivel astronómico. La mecánica de Newton estaba basada fundamentalmente en la gravitación y en la órbita de los planetas. En los Principia, publicado en 1687, Newton plantea tres leyes fundamentales para explicar el movimiento: las tres leyes universales del movimiento:

1. Un cuerpo en reposo tiende a seguir en reposo y un cuerpo en movimiento uniforme tiende a seguir en movimiento uniforme.

2. La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre él e inversamente proporcional a su masa. Es decir, mientras más masa, menos aceleracón; y a mayor fuerza, mayor aceleración.

3. A cada acción corresponde una reacción igual y opuesta.



Estas leyes son muy especiales, ya que buscaban ser "universales", lo cual es algo que busca toda teoría. Para que haya una revolución en física debe superarse el marco teórico viejo (no eliminarse necesariamente), e.d. es preciso encontrar otra teoría que explique eventos para los cuales la antigua teoría no tenía respuesta (o sea, establecer una teoría aún más universal).

Wednesday, November 01, 2006

Teoria de la generación espontanea. Parte 2

En el post anterior hable de la Teoria de la generación espontanea, pero no quedo totalmente refutada.

La teoria fue parcialmente desterrada al demostrarse que para que surgieran las moscas en la carne podrida, previamente tenian que aparecer huevos en ellos, que eran puestos por otros miembros de la especie y que nadie reparo en su presencia en la carne para ponerlos. Pero no fue desechada totalmente ya que con los microorganismos no funcionaba dicha explicación, y entonces siguio aplicandose a la microbiologia para explicar la aparición de determinados cultivos bacterianos.

Sin embargo, en el siglo XIX el científico frances Louis Pasteur desterro definitivamente la teoria. Pasteur ideo un recipìente con cuello de cisne, es decir, en forma de S, puso agua y pan en el recipiente y lo hizo hervir, para asi destruir todos los microorganismos del agua, y espero a que aparecieram microorganismos. Sin embargo, al haber esterilizado el agua, los microrganismos no surgieron, de lo que dedujo que no aparecieron porque surgian a partir de otros microorganismos, y que al hervir el agua destruyo todos los microorganismos, impidiendo de esta manera que surgieran nuevos microorganismos, demostrando de esta manera que no surgian de la nada, como se exponia en la teoria.

Tras estos experimentos, la Teoria de la generación espontanea quedo desterrada de la ciencia para siempre.