Cap.  1  La  edad  del  sistema  solar  y  de  la  vida  en  la  Tierra    

  ¿Cual  es  la  origen  del  ser  humano  (o  del  Universo)?  =  un  viejo  problema     Mitologías  =  creencias     • Basadas  en  experiencia  locales  de  diferentes  civilización     • Sirve  a  dar  sentido  al  modo  de  vivir  –  ¿cual  es  el  sentido  de  la  vida?     No  todas  las  mitologías  incluyen  idea  de  creación—algunas  asumen  que  la  Tierra   (universo)  es  eternal     Los  mitos  que  asumen  creación  sugiere  que  es  un  acto  libre  (libre,  en  el  sentido  que  no   hay  motivo  aparente)  de  dioses  ej.  Egipto,  Caldea,  Babilonia     • No  hay  cronología  y  no  se  distingue  entre  ser  humano,  Tierra  y  universo     Excepción  =  Hinduismo⎯incluye  cronología  en  forma  de  una  seria  de  ciclos:  creación,   desarrollo    y  muerte   • Cuatros  edades  que  dura  cada  una  un  día  y  noche     • Cada  día  y  noche  dura   2 × 4.32 × 10 9  años  =  2  Kapa   • Tiene   10 5  periodos  ⇒  edad  del  universo  (un  ciclo)   8.64 × 1014 años     Teoría  del  Big  Bang     • Basada  en  la  teoría  de  la  relatividad  general  de  Einstein   9 • Edad  del  universo    13.7 × 10 años   • No  hay  ciclos,  el  universo  esta  abierto  o  en  expansión  acelerada    

 

   

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Griegos  ~  600  BC—creación  del  método  científico       • Anaximandro  de  Mileto   o Universo  producido  a  partir  de  masa  de  materia  infinita  que  cambia  de   forma  –  produce  anillo  de  fuego  (que  se  transforma  en  estrellas)  que   gira  alrededor  del  Sol  y  Tierra     o Los  humanos  son  el  resultado  de  la  evolución  de  los  pescados   o Los  animales  son  el  resultado  de  la  evolución  de  los  anfibios       • Jenófanes  de  Colofón:  fósiles  =  prueba  que  la  Tierra  un  día  estaba  cubierta  de   agua   • Empédocles  de  Agrigento:  Tierra  creada  por  etapas—el  corazón  estaba   derretido—  la  Tierra  cambia  de  forma  de  manera  constante   • Hiparco:  propone  que  las  estrellas  son  otro  Sol  y  sugiere  medición  del   movimiento  propio  puede  demostrar  lo—formo  un  catalogo  de  estrellas  para   comparar  posiciones  en  el  fututo  lejano       ¡En  la  edad  media  domina  la  noción  de  que  un  Dios  único  creo  el  mundo!   • Evidencia  =  la  Biblia     A  partir  de  la  Biblia,  James  Ussher,  arzobispo  de  Armagh  (1581-­‐1656),  determina   cuando  se  creo  el  mundo     • La  creación  del  mundo  fue  en  7  días  de  mas  o  menos  1000  anos,  que    implica   que  Dios  crea  el  mundo  ~4004  anos  BC     A  la  misma  época,  René  Descartes  (1596-­‐1650)  sugiere  una  visión  más  científica:  la   formación  del  la  Tierra  es  el  resultado  de  mecanismo  físico     • Sugiere  que  los  planetas  se  formaran  por  colapso  gravitacional  de  materia   sobre    estrellas     • Por  condensación  a  partir  de  nubes  de  gas  caliente     • El  resfrió  de  este  gas  forma  planetas     Evidencia  de  vida  en  el  pasado:  John  Woodwards  (1665-­‐1728)  reconoce  que  los  fósiles   son  los  remanentes  de  organismos  vivientes     • Asume  un  proceso  de  formación  por  sedimentación   • Asume  que  los  fósiles  describen  secuencia  en  densidad   • Esta  secuencia  siguen  cambios  en  tipos  de  rocas     Hoy  se  sabe  que  la  secuencia  seguida  por  los  fósiles  es  una  secuencia  evolutiva   • Se  observa  un  cambio  de  especies  con  el  tiempo  (teoría  de  Darwin)        

 

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Edward  Lhwyd  (1660-­‐1709):  sugiere  que  los  mecanismos  geológicos  son  de  muy  larga   duración  en  el  tiempo   • Propone  tiempos  del  orden  de   2 − 3 × 10 5  años       Robert  Hooke  (1635-­‐1703)  :  también  reconoce  que  los  fósiles  son  animales  que  vivió   solo  en  el  pasado  (evolución)—inventa  la  bioestratigrafía  =  datación  geológica   basada  sobre  variación  de  fósiles       Georges  Baron  Cuvier  (1769-­‐1832)  –  otro  ejemplo  de  bioestratigrafía     • Secuencias  sucesivas  de  rocas  tienen  diferentes  fósiles     • Cada  estrato  más  profundo  es  más  joven     • Se  ve  evolución  de  tipos  de  animales       Charles  Darwin  (1809-­‐1882)  –  propone  un  mecanismo  de  evolución  de  las  especies    =   la  selección  natural     • Basado  sobre  estudio  de  erosión  de  suelo  estima  que  el  tiempo  geológico  es  del   orden  de   3.07 × 10 9  años     Ej.  Columna  geológica  –  o  bioestratigrafía  

 

 

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¡La  razón  porque  funciona  la  bioestratigrafía  es  que  la  vida  en  la  Tierra  es  muy   vieja!     • Evidencia  más  vieja   3.85 × 10 9  anos  =  deposito  de  carbono  en  rocas      

  Stromatolitos  –  Shark  Bay  Western  Australia  (A.  A.  Knoll)     • Los  organismos  que  formaran  el  precipitado  de  carbono  observado  son   cianobacterias  o  alga  azul-­‐verde  ⇒  usan  mecanismo  simple  de  fotosíntesis         ¡Pero  estas  evidencias  son  contestadas!     • Evidencia  incontestable   3.46 × 10 9  años     • Fósil  de  bacteria  similar  a  cianobacterias  (B.  Schopf  1980s)   • Cianobacterias  =  origen  de  O2  en  el  atmósfera  

   

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¿Como  se  determino  la  escala  absoluta  de  tiempo?     Lord  Kelvin  (1824-­‐1907)–  estudio  a  que  velocidad  diferentes  rocas  se  resfrían     • Estimó  que  la  edad  del  Sol  es  solo  de   20 − 60 × 10 6  años     • Asume  que  la  fuentes  de  calor  de  la  Tierra  son:  1)  primitiva,  empezando  a  7000   K,  2)  el  Sol  y  3)  el  calor  en  el  universo  (no  se  sabía  del  proceso  de  fusión   termonuclear  en  las  estrellas)   • Usando  el  resultado  de  su  estudio  sobre  el  resfriamiento  de  diferentes  rocas,   estima  la  edad  de  la  Tierra  a  solo   98 × 10 6  anõs     Esto  no  concuerda  con  las  escalas  geológica  o  y  paleontológica  y  no  satisface  tampoco   los  eclesiásticos—pero  Lord  Kelvin  forma  el  “establishment”  científico  del  época  y   nadie  se  atreve  a  contradecir  lo     Que  cambio  el  asunto  es  la  descubierta  de  la  radio  actividad  (Becquerel  1896)   • La  fisión  de  átomos  produce  emisión  de  partículas  de  grandes  energía:   partícula  alfa  (núcleo  de  Helio),  beta  (electrones)  y  gamma  (onda   electromagnética  o  fotón)       En  1903  Pierre  Curie  y  Albert  Laborde  descubre  que  la  emisión  de  rayos  alfa  también   produce  calor       En  1902,  Rutheford  y  Soddy    descubre  que  la  radio  actividad  sigue  la  transformación   del  núcleo  del  átomo  en  otro  núcleo     • Ellos  introducen  la  ley  de  decaimiento  exponencial:     (1.1)             N ( t ) = N 0 e− λt       Donde  N0  es  la  cantidad  de  elemento  al  tiempo  0  y   λ = 1 τ  es  la  constante  de   decaimiento  relacionada  con  el  tiempo  de  edad  media   τ  que  es  el  tiempo  promedio   de  vida  de  un  átomo  radiactivo  antes  de  desintegrarse     El  tiempo  que  transcurre  hasta  que  la  cantidad  de  núcleos  radiactivos  de  un  isótopo   radiactivo  se  reduzca  a  la  mitad  de  la  cantidad  inicial  se  le  conoce  como  vida  media   T1 2 = ln ( 2 ) / λ       Ej.  para  el  Uranio   T1 2 ≈ 4.51× 10 9  años      

 

 

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Se  desarrollo  la  datación  radiométrica  =  procedimiento  técnico  empleado  para   determinar  la  edad  absoluta  de  rocas,  minerales  y  restos  orgánicos  (paleontológicos)   • El  método  se  basa  en  las  proporciones  de  un  isótopo  «padre»  y  de  uno  o  más   descendientes  de  los  que  se  conoce  su  vida  media  (o  período  de   semidesintegración),  contenidos  en  la  muestra  que  se  va  a  estudiar   • Los  isótopos  propicios  para  analizar  dependen  del  tipo  de  muestra  y  de  la   presunta  antigüedad  de  lo  restos  que  se  quieran  datar   o Ejemplos  de  estas  técnicas  son1  :  K/Ar,  U/Pb,  Rb/Sr,  Sm/Nd  etc.       • Un  caso  particular  es  la  datación  por  carbono  radiactivo—basada  en  la   desintegración  del  isótopo  carbono  14—comúnmente  utilizada  para  la   datación  de  restos  orgánicos  relativamente  recientes,  de  hasta  60  000  años     En  el  caso  más  simple,  en  el  que  un  isótopo  padre  se  desintegra  en  un  isótopo  hijo   estable,  se  relaciona  los  períodos  de  semidesintegración  y  el  tiempo  geológico  tal  que:   1 ⎛ D⎞ t = ln ⎜ 1+ ⎟     (1.2)   λ ⎝ P⎠   Donde     t =  edad  de  la  muestra   λ =  constante  de  desintegración  radiactiva  del  isótopo  padre   D =  número  de  átomos  del  isótopo  hijo  existentes  en  la         P =  cantidad  de  isótopos  padre  presentes  en  la  muestra     Ejemplo  de  tabla  usadas   Isótopo   Período   Emisión   Uranio-­‐238   4  510  millones  de  años   Alfa   Carbono-­‐14   5  730  años   Beta   Cobalto-­‐60   5,271  años   Gamma   Radón-­‐222   3,82  días   Alfa     En  1953,  Clair  Cameron  Patterson  anuncio  sus  resultados  de  la  aplicación  del  método   de  la    datación  radiométrica  sobre  meteoritos  del  “Canyon  diablo”  en  Estado  Unidos   • La  edad  del  sistema  solar  se  encontró  ser   4.5 × 10 9  años   • Esta  edad  se  confirmo  después  usando  otras  muestras  de  meteoritos       Comparando  con  la  columna  geológica  se  puede  constatar  dos  puntos  importantes   1. La  Tierra  se  formó  casi  al  mismo  tiempo  que  el  Sol     2. La  vida  apareció  mucho  poco  tiempo  después                    

 

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Definición  de  la  vida  y  constituyentes  básicos         La  vida  en  la  Tierra  es  tan  vieja  que  el  sistema  solar,  por  lo  que  esto  sugiere:     • La  vida  debe  ser  ligado  a  mecanismos  físico-­‐químico  estándar  en  el   universo       No  hay  consenso  sobre  la  definición  de  la  vida     Definición  de  la  NASA  (Gerald  Joyce):  la  vida  es  un  sistema  químico  autosustentable   que  puede  evolucionar  según  la  teoría  de  Darwin         Autosustentable:  esto  sugiere  un  metabolismo  =  cambio  químico  que  usa  energía  y   materia  para  sustentar  el  sistema       Alexander  Oparin  (1961)    metabolismo  incluye  diferentes  capacitación     • Excitación  en  contacto  con  ambiente  (al  origen  de  consciencia)  y  movilidad   • Cambio  de  materia  y  energía  con  el  ambiente   • Posibilidad  de  crecimiento  individual  y  de  populación     • Reproducción  –  sistema  de  codificación  de  procesos       La  reproducción  implica  posibilidad  de  evolución:   • Reproducción  produce  copia   • Errores  en  el  proceso  produce  mutación     • Selección  natural  (Darwin):  algunas  mutación  tiene  ventaja  y  por  lo  tanto   aumenta  las  chancas  de  sobrevivir     Por  definición  la  vida  es  un  proceso  que  necesita  diversidad  y  grande  populación  –   no  existe  vida  aislada     Pregunta  abierta:       En  1944,  Erwin  Schrödinger  (1887-­‐1961)  sugiere  en  un  libro  (What  is  life?)  que  la  vida   viola  el  segundo  principio  de  la  termodinámica  –  produce  negentropia  (información   aumenta  y  desorden  del  sistema  baja)       Esto  no  es  correcto  (ej.  Ilya  Prigogine  1917-­‐2003)  porque:     • Los  procesos  químicos  sobre  cual  la  vida  es  basada  son  termodinámicamente   irreversibles,  y  por  lo  tanto  el  metabolismo  es  un  proceso  que  crea  entropía   en  su  ambiente     • También  el  sistema  no  permite  sobrevivir  para  siempre,  tiene  deterioración   (aumentación  interna  de  entropía)  con  el  tiempo  y  muerte  del  sistema     o No  esta  claro  porque  es  así  –  en  grande  parte  puede  ser  relacionado  con   la  evolución,    un  cambio  en  la  populación  favorece  la  sobrevivencia  de  la   especie?      

 

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Los  constituyentes  básicos     Solo  a  un  tipo  de  vida  en  la  Tierra  –  basado  en  componentes  químicos  orgánicos   ⇒  basado  en  el  carbono       Porque  el  carbono:     • Versatilidad  química  –  se  puede  formar  ligación  química  con  muchos  átomos   diferentes   • Los  componentes  orgánicos  se  disuelven  fácilmente  en  el  agua     • Los  componentes  orgánicos  contienen  H,  O,  N,  S,  P  +  Fe,  Mg,  Zn   Elementos más abundantes (átomos/105 átomos en total) Orden    

Universo  

Humanos  

Océano  

1  

H  

92714  

H  

60563  

H  

66200  

2  

He  

7185  

O  

25670  

O  

33100  

3  

O  

50  

C  

10680  

Cl  

340  

4  

Ne  

20  

N  

2440  

Na  

290  

5  

N  

15  

Ca  

230  

Mg  

34  

6  

C  

8  

P  

130  

S  

17  

7  

Si  

2.3  

S-­‐  S  

130  

Ca  

6  

8  

Mg  

2.1  

Na  

75  

K  

6  

9  

Fe  

1.4  

K  

37  

C  

1.4  

10  

S  

0.9  

Cl  

33  

Si  

-­‐  

He  y  Ne  no  son  químicamente  activos  –  no  se  une  a  otros  átomos     • Los  cuatro  primeros  elementos  son  los  más  común  en  el  universo     • Los  cuatro  otros  elementos  más  común  son  minerales  en  el  océano     • Excepción  el  fosfato:  elemento  importante  en  el  metabolismo  de  la  vida-­‐-­‐   moléculas  AMP,  ADP  and  ATP  y  en  DNA  and  RNA,  contienen  una  grande   cantidad  de  energía  necesaria  para  el  metabolismo      

 

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La  importancia  del  agua     Los  tejidos  vivientes  son  formados  a  70%  en  masa  de  agua   • Fundamental  para  el  desarrollo  de  la  vida       1)  El  agua  facilita  las  interacciones  entre  los  organismos     • Solvente  natura  (molécula  orgánica  polar):  puede  disolver  moléculas   fácilmente  que  facilita  reacciones  química  

  2)  El  agua  existe  en  forma  liquida  en  un  rango  de  temperatura  tibias  que  rende   posible  una  cantidad  enormes  de  reacciones  bioquímicas  y  permite  que  ligación   orgánica  se  forman         3)  Los  puentes  de  hidrogeno  hace  que  la  forma  solida  (hielo)  es  menos  densas  que  la   forma  liquida     • Un  lago  se  congela  de  arriba  por  abajo  ⇒  por  lo  tanto  nunca  se  congela   completamente,  ofreciendo  un  lugar  seguro  para  la  sobrevivencia  de   organismo  vivientes     4)  El  agua  tiene  capacidad  calorífica  enormes,  y  puede  absorber  gases  en  la  superficie   prejudicial,  como  el  CO2      

 

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Problema  abierto:  ¿cual  es  la  origen  del  agua?     Dos  teorías:     1. Fusión  seca:  agua  viene  de  asteroides  y  cometas  que  callaron  después  de  la   formación  de  la  Tierra     2. Fusión  húmida:     a. Mucha  materia  volátil  se  incorporo  en  los  corazones  de  planetesimales   que  fusionaran  para  formar  la  Tierra       b. Sale  del  magma  a  la  superficie  en  forma  de  gas  –  se  condensa  a  baja   temperatura  y  presión  formando  oceano    

 

 

 

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