Foro Indómita

Hola a todos, he preparado una conferencia sobre la Tierra y quería compartirles los tópicos que he desarrollado, y que en breve se las resumo:
Nota: Al tercer párrafo le he mejorado las explicaciones. (6/09/2012)


Una de las formas de detectar vida en la superficie de un planeta es conociendo la configuración química de la atmósfera. La razón es porque en una atmósfera donde haya presencia de vida no debe estar en equilibrio químico, es decir que sus componentes químicos deben ser variados y que no predomine el dióxido de carbono. La demostración de esta hipótesis fue lo que convenció a James Lovelock de que la tierra es un gran organismo viviente.

La vida no se puede explicar fácilmente en términos científicos, por eso hay que ir poco a poco describiendo las principales características de un sistema vivo. Los organismos vivos presentan características importantes y, en cierto sentido, opuestas a las de la materia inorgánica. Una de ellas es la neguentropía, la tendencia a lo complejo y al orden. La entropía, que es la tendencia al equilibrio, el declive y/o la muerte; es característica de la materia inorgánica, y si definimos la entropía como lo estableció el físico Boltzman, las cosas más probables tienen mayor entropía. El físico Schrödinger fue el primero en percatarse de ese hecho, que la vida posee disipación de entropía, y eso se debe a que la vida es un sistema abierto que se realimenta de su medio ambiente y deposita en él los residuos de su metabolismo contrarrestando así el fuerte efecto de la entropía. En efecto, la vida por ser menos probable en un medio ambiente inorgánico posee mayor neguentropía.

Es fácil reconocer un organismo vivo porque este está delimitado por membranas, paredes, piel, concha, etc. Ese es el principal obstáculo de concebir a la tierra como un ser viviente. Pero si se hace un análisis imparcial de los seres vivientes se observa que la vida es posible gracias a las interacciones de comunidades y colectivos de organismos vivientes. Nadie objeta que nosotros somos seres vivos individuales, pero en realidad somos un complejo de células que trabajan en equipo. En los casos de comunidades o en conjuntos aparecen nuevas propiedades que en caso individual no existirían. En la física existe un nombre para este tipo de características: Propiedades coligativas. Por ejemplo, la temperatura y presión sólo tienen sentido si hay un conjunto de átomos. Una de las propiedades coligativas que emerge en los seres vivos es la homeostasis, que consiste en la capacidad de un ser vivo de autoregular ciertas propiedades y composición de su medio interno; de esta manera, las comunidades de células pueden lograr ciertas propiedades que individualmente no podrían, como mantener constante la temperatura, salinidad o acidez del ambiente a las que pertenecen. Por ejemplo, el nivel de hierro y temperatura de la sangre. La composición química, la temperatura y la presión de la atmósfera es autorregulada por la tierra misma, cual si fuera un gran organismo viviente compuesto de un complejo y basto conjunto de seres vivientes y ecosistemas interconectados entre sí. Teniendo esto en cuenta, es más fácil concebir la idea de que la Tierra es un gran organismo vivo, igual de complejo que cualquier otro ser viviente.  Aunque para muchos, la dificultad de ver la Tierra como un organismo vivo reside en el hecho de que ella en su gran mayoría es roca pura e incandescente; pero la tierra al igual que la secuoya el 99% de su materia está muerta, únicamente lo vivo está en la corteza!

El planeta Tierra, como ser viviente auto-organizado, tiene una historia que se remonta en el pasado hasta los orígenes de la vida y se extiende en el futuro en la medida en que la tierra persista. Los geólogos han divido los diferentes periodos de la tierra en dos grandes grupos, el precámbrico y el cámbrico. El precámbrico a su vez se divide en de tres grandes periodos: Hadiano, arcaico y el proterozoico. El periodo hadiano, viene del griego hades, infierno, consta desde el mismo inicio de la tierra misma hasta el evento del origen de la vida en la tierra. Hace unos 4,6 mil millones de años la tierra se formó y la vida en la tierra empezó hace unos 3,6 mil millones de años. Estos datos se estiman gracias a que se sabe que nuestro sistema solar es de segunda generación, es decir, que posee elementos químicos pesados de un remanente de una supernova, elementos que exclusivamente se forman de manera natural en el universo en dichas explosiones. Estos elementos son los elementos más pesados que el hierro hasta el uranio. Como el uranio es un elemento radioactivo, se puede medir con exactitud la vida de éste por medio de las proporciones que hay de sus isotopos. El calor generado por los elementos radiactivos mantiene el interior de la corteza terrestre e impulsa el movimiento de la misma. Nosotros, los organismos vivientes poseemos pequeñas trazas de elementos radiactivos, pero muy importantes para la vida, como el potasio. A partir de las rocas de hace 3,6 mil millones de años en adelante se observa una diferencia de su composición química en la proporción de los átomos del elemento estable del carbono frente a las rocas más antiguas. Esto se debe a que la vida segrega isótopos de carbono 13 y 14,  y por este motivo, se estima que la vida en la tierra empezó hace 3,6 mil millones de años.

El segundo periodo del precámbrico, llamado arcaico, empieza con la aparición de la vida en la tierra. Debido a la erosión en las rocas hay pocos detalles sobre el medio ambiente en que se desarrollo la vida en la tierra, pero gracias a las características de la vida de aquella época se puede deducir algunas de las características de su medio ambiente. Se supone que la tierra primitiva contenía los elementos primarios para la vida: aminoácidos, nucleósidos, azúcares, etc. Pero la presencia de estos compuestos en un planeta, libre de oxígeno, no es por si misma indicadora de vida; sólo indica la posibilidad de vida. Para que los compuestos de la materia prima orgánica existan debe haber un clima favorable, requieren de una temperatura de 0ºC a 50ºC. Un gas combustible como el oxígeno y el metano si se encuentra en una atmósfera que se baña por los rayos UV, significa que algo está regenerando estos gases. En la tierra primigenia no había oxígeno suficiente en la atmósfera, por eso las primeras formas de vida tuvieron que ser anaeróbicas y algunos de los seres vivos descubrieron como explotar la abundante e inagotable fuente de energía de la luz solar para fabricar su propio alimento. La energía solar tiene la capacidad de romper los fuertes enlaces que combinan el oxígeno con el hidrógeno y el carbono. Muy posiblemente estos primeros microorganismos sean parientes muy cercanos a las cianobacterias (algas color azul-verdoso) que existen en la actualidad. Conjunto al crecimiento de población de las cianobacterias, otro tipo de bacterias, las metanógenas, aprovecharon los residuos de éstas como alimento. El resultado del metabolismo de las cianobacterias sería el oxigeno y el de las metanógenas el metano. El éxito del primer sistema estable auto-regulado gracias a la interacción de las cianobacterias con las metanógenas habría ocasionado la primera crisis ambiental planetaria. Poco a poco el oxígeno fue ganando más cantidad en la atmósfera, causando la muerte de millones de bacterias anaeróbicas pero propiciando el crecimiento de microorganismos aeróbicos, esto fue de manera gradual y este hecho marca el fin del periodo arcaico.

El tercer periodo precámbrico es denominado el proterozoico, y los organismos que dominaban la tierra ya no eran simples sino complejos, llamados eucariontes. Entre las principales diferencias es que una eucariota se compone de varios seres primitivos, procariotas, organizados para determinadas tareas, a esto se le llama endosimbiosis. Por ejemplo, los cloroplastos que son orgánulos pertenecientes a una célula vegetal, son muy parecidos a las cianobacterias; y las mitocondrias orgánulos pertenecientes a la mayoría de las células eucariotas poseen su propio material genético. Estos organismos eucariotas ya podían utilizar el oxígeno como fuente de energía y podían digerir a los fotosintetizadores, pero se degeneraban hasta morir, ya que cada orgánulo contiene diferente material conjunto de instrucciones genéticas y la perdida de la información de un orgánulo podría causar la muerte de todo el ser eucariota.

El cámbrico, hace 600 millones de años, se diferencia principalmente porque la tierra ya estaba poblada por organismos multicelulares, otro tipo de comunidad más compleja que los eucariotas, porque consistía en un complejo sistema de interacción entre millones de células eucariotas para formar un ser viviente autónomo. El más grande periodo del cámbrico se llama fanerozoico, y en todo este periodo hasta ahora, el nivel del oxigeno en la atmósfera ha sido del 21%, casualidad? Para la vida, concentraciones mayores del 25% de oxígeno en la atmósfera terrestre es perjudicial, como un veneno, por eso un sistema eficiente para controlar el nivel del oxigeno es por medio de la acción de los incendios forestales, por ejemplo, los detritos de la mayoría de las coníferas y eucaliptos son altamente inflamables, y con cualquier rayo se incendian. Otro importante periodo del cámbrico es el mioceno, y la principal característica es la aparición de nuevos tipos de plantas, las denominadas C4 (la mayoría de las hierbas), que a diferencia de las tradicionales C3 (árboles y arbustos de hoja grande, como los helechos) utilizan para su metabolismo baja concentración de dióxido de carbono.

En la época actual de la Tierra, con la aparición del ser humano, muchos de los elementos auto-reguladores del planeta están siendo obstruidos. La autorregulación que ejercía la Tierra  sobre la temperatura del clima atmosférico esta en problemas. Una de esas consecuencias es el efecto invernadero o calentamiento global. Cuando hay más dióxido de carbono en la atmósfera el efecto invernadero en más fuerte, y el elemento regulador principal son los foto-sintetizadores, pero el ser humano está acabando con ellos, causando además grandes emisiones de CO2 por la combustión del carbón. Por otra parte, esta combustión arroga partículas al aire de azufre, causando las famosas lluvias ácidas. Otro problema son los CFC (clorofluorohidrocarburos), pero en pequeñas concentraciones siempre ha habido en la tierra. El problema reside cuando hay un aumento de los niveles de los CFC en la atmósfera. Porque además de causar mayor efecto invernadero elimina el ozono libre de la atmósfera. Otro, aparente, problema es la radiación nuclear, porque en este caso la inadecuada información de los medios de comunicación y el miedo y repugnancia de las personas hacia las bombas nucleares. La radiación siempre ha estado presente en la tierra y sus organismos vivos, nuestra tierra se origino gracias a una gran explosión nuclear de una estrella, el núcleo y el manto se mantiene caliente y en movimiento gracias a los elementos radioactivos y la vida se enriquece y evoluciona gracias a la radiación. Además, las células sufren igual daño por la radiación que por el oxígeno cuando una célula tiene ineficiencia en el proceso del metabolismo oxidativo. Un verdadero problema para la Tierra es que somos alrededor de 8'000.000.000 de personas que habitamos y no sabemos interactuar adecuadamente en los sistemas regulados y organizados ya establecidos por la Tierra, es decir, para alimentarnos de vegetales hacemos monocultivos, criamos más de 10.000'000.000 de ganados para el consumo de carne y para combustible usamos el carbón y el petróleo, que son fuentes agotables de energía. El mejor y único remedio para la Tierra es saber como interactuar adecuadamente en todo el complejo ecosistema de ella.

REFERENCIAS:
-Earth science: Sea change for the rise of oxygen, Timothy W. Lyons & Christopher T. Reinhard, Nature 478, 194–195 (13 October 2011), Published online 12 October 2011
-The biological and geological contingencies for the rise of oxygen on Earth, Paul G. Falkowski,Volume 107, January 2011.
-Modelling Oxygen Isotopes in the University of Victoria Earth System Climate Model for Pre-industrial and Last Glacial Maximum Conditions, Version of record first published: 24 Jul 2012.
-Regulation of Body Fluid and Salt Homeostasis - from Observations in Space to New Concepts on Earth
Authors: Gerzer, R.; Heer, M. Current Pharmaceutical Biotechnology, Volume 6, Number 4, August 2005 , pp. 299-304(6)
-Redox Homeostasis in the Emergence of Life. On the Constant Internal Environment of Nascent Living Cells, Journal of Cosmology, 2010, Vol 10, 3362-3373. JournalofCosmology.com, August, 2010
-Russell, M.J. (2007). The Alkaline Solution to the Emergence of Life: Energy, Entropy and Early Evolution. Acta Biotheoretica, 55, 133-179 , erratum at 57, 389-394.
-Russell, M.J. and Hall, A.J. (1997). The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine
hydrothermal redox and pH front. Journal Geological Society London, 154, 377-402.
-Russell, M.J. and Kanik, I. (2010). Why Does Life Start, What Does It Do, Where Will It Be, And How Might We
Find It? Journal of Cosmology, 5, 1008-1039.
Russell, M.J. and Martin, W. (2004). The rocky roots of the acetyl-CoA pathway. Trends in Biochemical Sciences,
29, 358-363.
-Simons, M.J.P. (2009). The Evolution of the Cyanobacterial Posttranslational Clock from a Primitive "Phoscillator".
Journal of Biological Rhythms, 24, 175-182.
-Skerker, J.M. et al. (2008). Rewiring the Specificity of Two-Component Signal Transduction Systems. Cell, 133,
1043-1054.
-Spiro, S. and Guest, J.R. (1990). FNR and its role in oxygen-regulated gene expression in Escherichia coli. FEMS
Microbiol Rev, 6, 399-428.
-Stock, A.M., Robinson, V.L. and Goudreau, P.N. (2000). Two-component signal transduction. Annu. Rev. Biochem.,
69, 183-215.
-Swierczek, M. et al. (2010). An Electronic Bus Bar Lies in the Core of Cytochrome bc(1). Science, 329, 451-454.
-Szathmary, E. and Smith, J.M. (1995). The major evolutionary transitions. Nature, 374, 227-32.
-Unden, G. and Bongaerts, J. (1997). Alternative respiratory pathways of Escherichia coli: Energetics and
transcriptional regulation in response to electron acceptors. Biochimica et Biophysica Acta-Bioenergetics, 1320,
217-234.
-Wolanin, P.M., Thomason, P.A. and Stock, J.B. (2002). Histidine protein kinases: key signal transducers outside the
animal kingdom. Genome Biology, 3(10), Reviews3013.1-3013.8.

La conferencia tiene muy buena pinta stigobte, acabo de terminar de leerla ¡has hecho un gran trabajo!

Me gustaría comentar varios puntos que no me quedan claros, por ejemplo en la frase :

- "Para que los compuestos de la materia prima orgánica existan debe haber un clima favorable, requieren de una temperatura de 0ºC a 50ºC" ¿a qué se refiere?

Entiendo que el rango que marcas es el ideal y se utilice de referencia pero la vida se da en muchos otros campos con temperaturas más bajas y más altas :

"... la vida es imposible sin que ocurran determinadas reacciones químicas; estas reacciones son demasiado lentas a 0ºC, y por encima de 50ºC aparecen otras reacciones que tienden a romper la moléculas de los seres vivos (hay seres vivos adaptados a soportar temperaturas de -40ºC o de 120ºC)..."

Otro fragmento que me ha chocado referente al oxígeno :

- "El más grande periodo del cámbrico se llama fanerozoico, y en todo este periodo hasta ahora, el nivel del oxigeno en la atmósfera ha sido del 21%, casualidad? Para la vida, concentraciones mayores del 25% de oxígeno en la atmósfera terrestre es perjudicial, como un veneno..."

La concentración de oxígeno en la atmósfera creo que ha variado dependiendo de muchos factores, no se ha mantenido estable al 21% desde el Cámbrico.
Por ejemplo en el Carbonífero, unos cuantos millones después, se estima que la concentración de oxígeno en la atmósfera supuso el 35% y para nada era venenosa, de hecho propició el dominio de los artrópodos ya que gracias a la gran concentración de oxígeno podían mantener tamaños colosales (si los comparamos con los de hoy en día).

Por otro lado el tema de la radiactividad al final lo veo un poco fuera de lugar, como metido con calzador, parece como si le quitases hierro al tema y para mi es un tema muy serio ya que la radiactividad como fuente de energía es peligrosa tanto para los humanos como para el medio ambiente, no por su origen sino por las consecuencias que produce el utilizarla sin conocimiento.
En el comienzo con lo de mostrar el cálculo de la edad también queda un poco "pesado", pero rápidamente vuelves a dar un giro y te re-enganchas :D


Como he dicho al principio, un fantástico trabajo, ¿vas a dar en público la conferencia? si la grabas avisa para poder verte :D

Excelentes preguntas Demi, gracias por tu interés. Paso a contestar tus inquietudes:

1. Es correcto lo que dices con respecto a la temperatura y la vida, porque la algunos seres vivientes, en casos específicos como el de algunas arqueobacterias, pueden utilizar otros procesos metabólicos para poder obtener energía. Sin embargo, para que los compuestos básicos existan o se mantengan estables, como los nucleósidos o aminoácidos debe estar entre dicho rango de temperatura.

2. Demi, el nivel de oxigeno nunca ha superado el 25% del total en la atmósfera. Dame tus referencias de dónde sacaste ese dato, seguro está errado, o a veces de libros muy viejos, o un de comentario de blog de un aficionado; luego te explico porqué no se puede pasar de ese límite. Te doy una referencia que corrobora lo que investigué y se sabe hasta ahora http://www.amazings.com/ciencia/noticias/021107a.html

3. Con respecto a la radioactividad, hay mucha tela por cortar... con más tiempo debatiremos ello ;)

La conferencia ya la di en tres oportunidades diferentes en mi país un par de meses atrás. Pero si lo desean, podría hacer  organizar un stream. Demi, muy buenos tus apuntes y preguntas, eso muestra el interés por estos temas.

Bye! 

Cita de: stigobte en Septiembre 07, 2012, 20:57:53
2. Demi, el nivel de oxigeno nunca ha superado el 25% del total en la atmósfera. Dame tus referencias de dónde sacaste ese dato, seguro está errado, o a veces de libros muy viejos, o un de comentario de blog de un aficionado; luego te explico porqué no se puede pasar de ese límite. Te doy una referencia que corrobora lo que investigué y se sabe hasta ahora http://www.amazings.com/ciencia/noticias/021107a.html

Yo recuerdo haberlo visto en el documental "Caminando entre las bestias" que dice que existía más de un 40% del oxígeno actual, lo que viene a ser un ~30% además vuelve a comentar que supera el tercio de composición por lo que es más de un 30%. Lo he revisado para asegurar que no metía la pata :D

También lo he verificando en la wiki en varios lugares :

- Puedes encontrar el dato en la wiki => http://es.wikipedia.org/wiki/Carbon%C3%ADfero
"Esto se explica por la alta concentración de oxígeno en la atmósfera, que según estimaciones llegó a alcanzar el 35%."

- Además en el apartado de Oxígeno también => http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
"Desde el comienzo del periodo Cámbrico hace 540 millones de años, los niveles de O2 han fluctuado entre el 15% y el 30% por volumen.48 Hacia finales del Carbonífero (hace unos 300 millones de años) el nivel de O2 en la atmósfera alcanzó un volumen máximo del 35%,48 que pudo haber contribuido al gran tamaño de los insectos y anfibios de aquella época .49 La actividad humana, incluyendo la combustión de 7000 millones de toneladas de combustible fósil cada año, ha tenido un impacto muy pequeño en la cantidad de oxígeno combinado en la atmósfera.11 Con los niveles actuales de fotosíntesis, llevaría unos 2000 años regenerar la cantidad total de O2 en la atmósfera actual."

Demi, corroboré tus referencias y en efecto dicen lo que has expuesto en tus argumentos, pero lo esperaba porque eso ya lo había leído en libros de hace 10 años, así que sin decir que están errados ellos y junto con la wiki, simplemente diré que la ciencia está en constante cambio, y pasaré a explicar las últimas teorías referente al caso...

Es verdad que se han encontrado niveles superiores de O en los registros de los sedimentos correspondientes al periodo cámbrico. Pero lo importante aquí es aclarar que eso no significa que en la atmósfera de aquella época tuviera dicha concentración de O porque el océano también aporta elementos a los sedimentos incluyendo el O. Muchas veces la ciencia supone ciertas cosas hasta que se refuta o se reafirma demostrándolo. Lo que si se sabe ahora con cierta certeza es:

1.  Una atmósfera, o cualquier ambiente gaseoso cerrado, con concentraciones mayores de 25% de O es altamente combustible, eso significa, que cualquier rayo o intento de descarga eléctrica causaría un incendio de proporciones continentales causando la muerte total de los seres vivos de la superficie del continente (sin excepción la vida no sobrevive en el fuego). 

2. Las 4 grandes glaciaciones hasta hace una década se pensaba que ocurrían por causa del algún ciclo astronómico terrestre; sin embargo, siempre se sospechaba que no era así porque en la historia de la Tierra sólo han habido pocas glaciaciones y sólo cuatro grandes. Lo que ahora se está demostrando es que la causa de las glaciaciones terrestres es por un aumento del nivel de O en la atmósfera causando un efecto contrario al efecto invernadero que ocurre por aumento del CO2 en la atmósfera. Quiere decir, que si aumenta el nivel de O en la atmósfera de la Tierra, baja la temperatura, causando una era glacial y acabando con un buen porcentaje de la vida terrestre (como una especie de control natural) y entre ellos las plantas.

3. Además, se ha descubierto que la Tierra posee otros medios para controlar la subida del nivel de O en la atmósfera antes de que ocurra una glaciación y es por medio de los detritos de las coníferas y eucaliptos. Estos al perecer se vuelven muy inflamables debido a su segregación de ámbar causando fácilmente incendios cuando hay tormenta eléctrica. La característica de los bosques de las coníferas es que sólo se desarrollan en latitudes altas, lo que es beneficioso para la tierra, porque los incendios se generan en latitudes altas donde no hay mucha densidad de seres vivos, y al haber incendio se merma el nivel de O por efecto de la combustión y así, se auto-regula el nivel perjudicial de O en la atmósfera terrestre.

Espero haber explicado bien, de todas formas como dije arriba, la ciencia está en constante cambio, evolución, y por eso lo dicho ahora puede cambiar o reafirmarse en los próximos años.
Saludos!

Cita de: Demiurgo en Septiembre 07, 2012, 13:53:33
...
En el comienzo con lo de mostrar el cálculo de la edad también queda un poco "pesado", pero rápidamente vuelves a dar un giro y te re-enganchas :D

Jejeje Demi, esta conferencia inicialmente la hice para un grupo de astrónomos aficionados, así que esa parte de la explicación del cómo se sabe la edad de la tierra fue el gancho para dar la charla en ese ambiente, lo curioso es que cuando explique ahí la parte de la química del proceso metabólico de los seres eucarióticos les pareció fuera de lugar. Cuando la dí por segunda vez en un grupo de biólogos/químicos les pareció fuera de lugar lo que fue dulce para el grupo de los astronomos y en cambio, les sedujo mucho la explicación de la química y fisiología de los organismos eucarióticos. Finalmente, cuando la di a un grupo de tecnólogos e ingenieros, la mejor parte para ellos fue la que he omitido a uds. porque es la demostración de las ideas por medio de una aplicación que simula un mundo con variables parecidas a las de la tierra primitiva y que finalmente auto-regula la temperatura dejándola constante por muchos millones de años a pesar de que su sol simulado aumenta de temperatura un grado cada 100.000 años (como nuestro actual sol),y en cambio les pareció un ladrillo la parte de las ciencias naturales!

Así que, no se le puede dar contentillo a todo el mundo!  ;)

Cita de: stigobte en Septiembre 07, 2012, 20:57:53
La conferencia ya la di en tres oportunidades diferentes en mi país un par de meses atrás. Pero si lo desean, podría hacer  organizar un stream. Demi, muy buenos tus apuntes y preguntas, eso muestra el interés por estos temas.

se podría grabar en video y así la podrías disponer/difundir sin restricciones, no?

aproximadamente cuánto dura la charla? lo pregunto porque el resumen abarca muchos temas;

¿nadie más se anima a comentar el resumen de la conferencia de Evomaster?