Así como el hombre puede obtener

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(1)

CIENCIAS BIOLOGICAS Y DE LA SALUD.

DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA EXPERIMENTAL.

EVOLUCION BIOLOGICA~~

-ANTOLOG~A-

PROYECTO DE SERVICIO SOCIAL.

ACOSTA

GARCIA

MA.CRISTINA.

95335992

-Matricula-

CHIHUAHUA SERRANO ABEL.

95333303

-Matricula-

PARA LA

OBTENCION

DEL

GRADO:

BIOLOGO EXPERIMENTAL.

ASESOR:

M.en C. MIREIA ARTiS MERCADET.

(2)

EVOLUCION

BIOL~GICA

Antología

(3)

Evolución. Antología comentada 1 O0

alteradas, tenderían a preservarse y la selección natural tendría amplio Camp0

para la obra de mejoramiento.

Tenemos buenas razones para creer, como se ha demostrado en el capítulo I, que los cambios en las condiciones de vida producen una tendencia al

aumento de variabilidad, y en los casos mencionados, las condiciones han

cambiado, y esto evidente mente sería favorable a la selección natural porque

daría mejores probabilidades de que ocurran variaciones provechosas.

si

ellas no ocurren la selección natural no puede hacer nada. Bajo el término

“vafiaciones” nunca debe olvidarse que se alude a simples diferencias

individuales. Así como el hombre puede obtener un gran resultado con sus

animales y plantas domésticas agregando en algún sentido determinado

diferencias individuales, lo mismo podría lograr la selección natural, pero

de un modo mucho más fácil porque tiene incomparablemente más tiempo

para la selección. Y no creo yo que sea necesario un gran cambio fisico,

como por ejemplo en el clima, ni un grado inusitado de aislamiento que impida la inmigración para que queden nuevos lugares desocupados que a

la selección natural corresponde llenar mejorando algunos de los diversos

habitantes. Pues como todos los moradores de cada país están luchando

entre sí con fuerzas exquisitamente equilibradas, una modificación levísima

en la estructura o costumbres de una especie bastaría con frecuencia para

darle una ventaja sobre las otras; y nuevas modificaciones de la misma

clase aumentarían aún la ventaja mientras la especie continuara bajo las

mismas condiciones de vida y aprovechara medios similares de subsistencia

y defensa. No se puede mencionar ningún país en que todos los habitantes

nativos estén ahora tan perfectamente adaptados unos a otros y a las

condiciones fisicas bajo las cuales xiven que ninguno de ellos pudiera

mejorar o adaptarse más. Pues en todos los países, productos nativos han sido vencidos por productos importados hasta el punto de que han permitido

a algunos extraños tomar firme posesión de su tierra. Y como los extraños

han vencido así en cada pais a algunos de los productos nativos, podemos

concluir sin temor que éstos podrían haberse modificado beneficiosamente para resistir mejor a los intrusos.

Si el hombre puede introducir y ha producido ciertamente grandes

resultados con sus medios metódicos c inconscientes de selección ¿qué no

podrá hacer la selección de la naturaleza? El hombre sólo puede obrar sobre caracteres externos y visibles. La naturaleza, si se me permite personificar la preservación natural o supervivencia de los más aptos, no se cuida de las apariencias, salvo en cuanto son útiles a un ser. Puede obrar sobre cada órgano interno, sobre cada matriz de diferencia constitucional, sobre todo

el mecanismo de la vida. El hombre elige solamente para su propio bien: la

naturaleza solamente para bien del ser afectado. Todo carácter seleccionado

es plenamente ejercitado por ella, como lo implica el hecho de que lo haya

elegido. El hombre mantiene a los productos nativos de muchos climas en

el mismo país; rara vez hace ejercitarse cada carácter seleccionado de un

modo especial y adecuado; alimenta a una paloma de pico largo y a una de

pico corto con la misma comida; no hace ejercitarse al cuadrúpedo de lomo

(4)

9 9 Evolución biolóeica

un elemento fluctuante, como veremos quizá en ciertas especies polimorfás,

o finalmente se fijarían debido a la naturaleza del organismo y de las condiciones.

Varios escritores han interpretado mal o formulado objeciones a la

expresión selección natural. Algunos han llegado a imaginar que la selección

natural provoca la variabilidad, cuando por el contrario implica solamente la preservación de esas variaciones que surgen y son beneficiosas para el

ser en sus condiciones dadas de vida. Nadie se opone a que los agricultores

hablen de los potentes efectos de la selección del hombre, y en este caso las

diferencias individ:la!es dadas por la naturaleza, que el hombre elige por

algún motivo, tienell necesariamtxte que ocurrir primero. Otros han alesado

que el término selección implica una elección consciente por parte de los animales que resultan modificados, iy hasta se ha arguido que, como las plantas no tienen voluntad, la selección no es aplicable a ellas! En el sentido literal de la palabra no cabe duda de que selección natural es una expresión falsa; pero ¿quién se ha opuesto nunca a que los químicos hablen de las

afinidades electivas de los diversos elementos? Y sin embargo no se puede

decir estrictamente que un ácido elija la base con que mejor se combina. Se

ha dicho que hablo de la selección natural como de un poder o deidad activa;

pero ¿quién se opone a que un autor hable de la fuerza de gravedad como de la que gobierna los movimientos de las plantas? Todos saben lo que se

quiere decir y aparece implícitamente en esas expresiones metafóricas; son

casi indispensables para la brevedad. Del mismo modo, es dificil evitar la

personificación de la naturaleza; pero por naturaleza sólo entiendo la acción

sumada y el producto de muchas leyes naturales, y por leyes la secuencia

de sucesos tal como ha sido comprobada por nosotros. Familiarizándose un

poco con el tema, se olvidarán estas objeciones superficiales.

Comprendemos mejor el curso probable de la selección natural tomando el caso de un país que sufre algún ligero cambio físico, por ejemplo, de clima. Las cantidades proporcionales de sus moradores cambiarán casi de inmediato, y probablemente algunas especies se extinguirán. Podemos concluir, de lo que hemos visto sobre la intima y compleja manera en que están vinculados los habitantes de cada país, que cualquier cambio en las

cantidades proporcionales de sus moradores, independientemente del cambio

del propio clima, afectará seriamente a todos. Si el país fuera abierto en sus

fronteras, seguramente inmigrarían nuevas formas, y esto también

perturbaría seriamente las relaciones de algunos de los habitantes anteriores. Recuérdese cuán poderosa ha demostrado ser la influencia de un solo árbol o mamífero introducido. Pero en el caso de una isla o país parcialmente ro- deado por barreras en el que no podrían entrar libremente formas nuevas y mejor adaptadas, tendríamos ciertamente en la economía de la naturaleza lugares que serían ocupados mejor si algunos de los moradores originales

se modificaran de uno u otro modo; pero si la zona hubiese abierta a la

inmigración, esos mismos lugares habrían sido capturados por los intrusos. En tales casos, modificaciones ligeras que de algún modo favorecieran a

(5)

Evolución. Antología comentada 9 8

4.2

El origen

de

las especies*

Charles Darwin

4.2.1 La selección natural

o

la supervivencia de los más aptos

Seleccidn natural; su poder comparado con la selección del hombre; SU

poder sobre caracteres de escasa importancia; su influencia en todas las edades y en los dos sexos

¿Cómo obrará la lucha por la existencia, brevemente tratado en el Último

capítulo, con respecto a la variación? ¿Puede aplicarse al estado de naturaleza

el principio de selección, que hemos visto ser tan poderoso en manos del hombre? Creo que lo veremos obrar del modo más eficaz. Téngase presente el infinito número de variaciones ligeras y diferencias individuales que se

manifiestan en nuestros productos domésticos, y en menor grado en los

que se hallan en estado de naturaleza, así como la fuerza de la tendencia

hereditaria. En la domesticidad, puede decirse con justicia que toda la

organización se vuelve en cierto modo plástica. Pero la variabilidad que encontramos casi universalmente en nuestros productos domésticos no es producida directamente, como bien han observado Hooker y Asa Gray, por el hombre; é1 no puede ni originar varioedades ni impedir que ocurran;

puede, sí, preservar y acumular las que ocurren. Expone sin querer los seres

orgánicos a nuevas y cambiantes condiciones de vida, y se produce la

variabilidad; pero cambios similares de condiciones podrían ocurrir y

efectivamente ocurren en estado de naturaleza. Tengamos también presente cuán infinitamente complejas y estrechamente adaptadas son las relaciones mutuas de todos los seres orgánicos entre sí y con sus condiciones fisicas de vida; y en consecuencia qué diferencias infinitamente variadas de estructura podrían ser útiles a cada ser bajo condiciones altera das de vida. ¿Puede entonces parecer improbable, en vista de que han ocurrido

indudablemente variaciones útiles al hombre, que otras variaciones útiles de algún modo a cada ser en la grande y compleja batalla de la vida ocurran

en el curso de muchas generaciones sucesivas? Y si ocurren ¿podemos dudar

(recordando que nacen muchos más ejemplares de los que pueden sobrevivir) de que los ejemplares que tengan alguna ventaja, por leve que sea, sobre otros tendrán las mejores probabilidades de vivir y dejar descendientes semejantes? Por otra parte, podemos estar seguros de que cualquier variación que sea perjudicial en el más ínfimo grado sería rígidamente destruida. Esta preservación de diferencias y variaciones individuales favorables y la

destrucción de las perjudiciales es lo que yo he llamado selección 'natural 0

supervivencia de los más aptos. Las variaciones que no son ni útiles ni

dañosas no serían afectadas por la selección natural y quedm'an ya como

* Se seleccionaron los capítulos 4, primera parte (corresponde a la sección 4.2.1 de este texto) y 7

Charles Robert Darwin

Naturista inglés.

De 183 1 a 1 1836 realizo un viaje por América del sur y l a s islas del Pacífico a bordo del Beagle, en el que recogió numerosos datos geológicos y zoogeográficos. A partir de .

1842 vivió en su casa de campo Down, donde trabajo con el material recogido de dicha expedición.

En sus escritos estableció una nueva teoría sobre la transfor- mación de las especies: La formación de nuevas especies por selección natural, adap- tadas a las correspondientes condiciones ambientales ani- mado por Haeckel, divulgo sus ideas sobre el hombre y su origen: El origen de las espe- cles en términos de selección natural 1859. (On the origin of species loy Menans ofNatural selection). La descendencia Humana y la selección sexual 1 87 1 (The descent of man and selection in relation to sex)

(sección 4.2.2) de Darwin Ch. (2000). El origen de las especies. México, Ed. P o m a . Cap. 4 pp55- 60. Cap.7 pp 143-172.

(6)

97 Evolución biológica

ventaja sobre otros grupos y, posteriormente, fue capaz de distribuirse

rápidamente y ocupar otros nichos.

La evolución no tiene dirección: la historia de la vida es una historia de

extinciones y muerte, con unos pocos supervivientes. El 99.9% de las

especies que han existido alguna vez están hoy extintas.

Como lo señala Gould, el registro fósil no es un relato convencional que conduce a los diferentes linajes a mayor complejidad, más superioridad, más diversidad. La historia de la vida no muestra dirección ni sentido. Es imposible a priori determinar la dirección de la evolución porque la

importancia de los acor.tecimientos, conlmgenres, como

IJ

extinción dt. un

grupo de organismos en el caso de una extincion, o la adquisición de una variante adaptativa adecuada en un cierto momento, son los factores

preponderantes de la historia evolutiva de los taxones.

La fauna de Burguess Shale: en el Cámbrico, hace 570 M, se produce la

gran explosión en el registro fósil de los primeros animales pluricelulares con partes duras. Darwin se preguntaba por qué estos primeros animales eran ya anatómicamente complejos y sin precursores aparentes.

En el período previo al Cámbrico, en el yacimiento de Burguess Shale, situado en las montañas rocosas canadienses. Debido a condiciones muy especiales de conservación, aquí se encuentra la Única fauna de cuerpo

blando (sin estructuras duras) que existe de un tiempo inmediatamente

anterior a la explosión cámbrica. Lo sorprendente de Burguess Shak es

que las especies analizadas contienen una disparidad de diseños anatómicos que exceden, con mucho, la gama moderna que hay en todo el mundo. En ninguna fauna posterior se repite la riqueza anatómica de este yacimiento.

La época de Burguess Shale fue un tiempo asombroso de experimentación,

una era de gran flexibilidad evolutiva, que fue seguido de m a gran extinción.

La evolución biológica resulta de procesos específicos que actúan sobrc sistemas específicos, y cuya explicación sólo tiene razón de ser al nivel de complejidad de tales procesos y tales sistemas.

La evolución es el gran principio unificador de la Biología, sin ella no es

posible entender ni las propiedades distintivas de los organismos, sus

(7)

Objetivos

Esta antología comentada de textos sobre “Evolución” tiene los siguientes objetivos:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7 .

Presentar una selección de artículos cortos y fragmentos de textos que

están vinculados a los distintos temas del programa del curso de

Procesos de Evolución Orgánica.

Poner al alcance de los estudiantes una serie de textos de investigación originales que sirvan de apoyo al programa del curso.

Facilitar la lectura de estos trabajos de investigadores especializados

mediante una introducción que ubique cada uno de los capítulos.

Permitir conocer la trayectoria de los autores mediante una biografia concisa.

Poner al alcance de los estudiantes la lectura de textos escritos en otros idiomas mediante su traducción.

Presentar cuestionarios que permitan al estudiante comprender más facilmente cada uno de los textos mediante un proceso de

autoevaluación.

Poner a la disposición del lector la definición de los términos

(8)
(9)

indice

Introducción general

1. 1.1.

1.2.

1.3.

-

Mireia A r t í s ... 1 1 Evolución fisica ... 17 Introducción: de la gran explosión a las primeras

moléculas.

Ma.Cristina Acosta, Mireia A r t í s , Abel Chihuahua y

David Romero ,

...

17

El origen del universo.

Luis Felipe Rodriguez.

...

19

Evolución estelar y nucleosíntesis.

Alfonso Serrano ... 29 Capítulo 1: Ejerciciios de autoevaluación

...

35

2. 2.1.

2.2.

2.3.

.I

Evoluclon qulmlca 37

Introducción: de lo inorgánico a lo orgánico.

Abel Chihuahua Serrano.

...

37 Producción de aminoácidos bajo posibles condiciones

de la tierra primitiva.

Stanley Miller ... 39 Tierra primitiva y síntesis abiótica.

Alicia Negrón.

...

42 I .

...

Capítulo 2: Ejercicios de autoevaluación ... 52

.I

3. Evoluclon preblologlca 53

3. l . Introducción: estructuras precelulares.

3.2. La importancia evolutiva de los sistemas

. I .

...

Ma.Cistina Acosta Garcia

...

53

polímoleculares con separación difásica.

Sidney W. Fox.

...

55 3.3. La evolución del autoensamblaje de los probiontes.

A.I. Oparin y K.L. Gladilin.

...

78 Capítulo 3: Ejercicios de autoevaluación

...

92

4. Evolución biológica.

...

93 4. l . Introducción: la diversidad de la vida, una cuestión de

tiempo.

Ma.Cristina Acosta, Mireia A r t í s , Abel Chihuahua.

...

93 4.2. El origen de las especies

...

98 4.2.1 .La selección natural o la supervivencia de los más

aptos ... 98 4.2.2. Capitulo VII: Diversas objecciones a la teoría de la

selección natural.

Charles Darwin. ... 105

(10)

Evolución. Antología comentada 10

4.3.

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

La naturaleza de la revolución de Darwin.

La naturaleza de la revolución de Darwin

Ernst Mayr 158

La evolución de las células primitivas.

Wllllam J. Schopf 19 1

La naturaleza episódica del cambio evolutivo.

Stephen

J.

Gould. ... 196 Iconografía de una expectativa.

Stephen

J.

Gould

...

222

Vida y tiempo. ... 236

Michael Benton.

Ernst Mayr.-.

...

.13 5

. .

...

Capítulo 4;.

E j e x ~ c ~ o . s . ~ . a u t a ~ ~ ~ ~ i ; i 6 n

...

.23 7 253

...

Glosario

(11)

Introducción general

Mireia Artís Mercadet

"La evolución es absolutamente

impredecible. No sabemos qué

camino tomaría si cambiaran las

condiciones galácticas, o si se

extinguiera la vida en la Tierra.

¿Surgirían nuevas formas de vida?

¿Cómo serían aquellas formas? En efecto, la evolución es impredecible e irrepetible.

Si miramos a otro lugar del

Universo, e imaginamos la aparición de protobiontes en base a las mismas reacciones químicas que seguramente se dieron en la Tierra primitiva, ¿hacia dónde conduciría la interrelación del medio ambiente con el acervo

genético de esas hipotéticas pobla- ciones? Las posibilidades son

infinitas."

Nos gustaría que el lector se diera cuenta que este primer párrafo de nuestra introducción implica la aceptación de conceptos que no existían hace apenas ciento cincuenta años: el concepto de evolución biológica, la

posibilidad de vida en otro lugar del universo, el concepto de acervo

gmético

...

Había cosas que, en la sociedad inglesa en la que Darwin vivía,

eran inaceptables, como la que quiere expresar la caricatura que acompaña

este principio de introducción. ¿Cómo podía aceptarse que el hombre está emparentado con el mono?

Hasta la segunda mitad del siglo XIX, muy contadas personas se atrevían

a imaginar que de una especie determinada podía surgir una distinta. Y

todavía era menor el número de personas que se atrevían a decirlo. Y es que

esos pensamientos ponían en cuestión creencias y explicaciones bien establecidas.

Solamente gracias a un árduo trabajo de convencimiento y de

demostración en las más diversas disciplinas, se ha llegado a una situación

en la que una parte de la humanidad -la escasa parte de la humanidad que tiene acceso a la educación y a la información- considera el discurso de nuestro primer párrafo como un discurso normal.

Aunque no sería fácil decidir cuáles han sido las obras más importantes,

de entre las escritas en los últimos tres siglos, que han marcado el

pensamiento científico y la concepción que tenemos del mundo hoy en día,

(12)

Evolución. Antología comentada 12

cualquiera que fuera la selección incluiría

EZ

origen de las especies de

'Charles Darwin. Y es que pocas ideas han cambiado tan profundamente

nuestra visión de la naturaleza y de nosotros mismos como la misma idea de cambio. Percibir al. mundo como algo estable, que no se modifica, es

mucho más tranquilizante que aceptar que la Naturaleza es un ente cambiante

y, aun más, que ese cambio es un cambio sin rumbo definido hacia el hturo. Pero eso sí, una vez que el rumbo ha quedado establecido en el pasado, es

irreversible y podemos tratar de remontarlo con el pensamiento. Y es

precisamente todo esto lo que se desprende de las propuestas Darwinianas.

La evolución biológica es el proceso histórico de transformación de unas especies en otras especies descendientes, e incluye la extinción de la gran mayoría de las especies que han existido. Una de las ideas más románticas contenidas en la evolución de la vida es que dos organismos vivos

cualesquiera, por diferentes que sean, comparten un antecesor común en

algún momento del pasado. En definitiva, nosotros y cualquier chimpancé

actual compartimos un antepasado hace algo así como 5 millones años.

También tenemos un antecesor común con cualquiera de las bacterias hoy existentes, aunque la época en que vivió este antecesor se remonte en este

caso a más de 3000 millones de años. La idea de evolución por modificación

y derivación de nuevas especies implica la existencia de antepasados

comunes para cualquier par de especies. Hay un antepasado común del

hombre y el chimpancé, y del hombre y las bacterias.

De hecho, lo que Darwin introdujo en el pensamiento de lo vivo fue una

aplicación de un pricipio más general que flotaba en el ambiente de su

siglo: el principio que afirma que nada puede entenderse sin una perspectiva histórica. En efecto, en el mismo siglo en que vivió Darwin, el siglo XIX, Marx introdujo la explicación histórica para entender la economía y la

sociedad, y Freud hizo lo mismo al tratar de explicar qué pasa en nuestra

mente. La perspectiva histórica se introdujo en esas distintas escalas temporales: la escala biológica, la escala social, la escala individual. Darwin

explicó las desigualdades orgánicas -lo que hoy llamamos diversidad

biológica- introduciendo la variable temporal; Marx explicó las

desigualdades sociales introduciendo la variable temporal; Freud explicó las desigualdades psíquicas introduciendo la variable temporal.

Fue necesario, sin embargo, que llegara el siglo XX para que esa

concepción de cambio histórico se imaginara más allá de la escala biológica. En las tres primeras décadas del siglo se estableció que la vida había surgido, probablemente en una Tierra distinta a la actual. Tampoco nuestro planeta pues era estático. Por otra parte, las observaciones y los cálculos de físicos

y cosmológos les obligaron a aceptar, aunque no sin resistencias, que el

mismo Universo estaba en evolución! En la actualidad, la visión del mundo

de la comunidad científica es la de un Universo en constante proceso de cambio a todos los niveles. Hoy, la teoría del big bang (que postula el origen del universo como una gran explosión) es familiar para una parte importante de la población, pero es importante tener conciencia que esta concepción

(13)

13 Introducción general

El objetivo de esta Antología de textos -además del de ser un apoyo para

el curso de Procesos de evolución orgrinica de la carrera de Biología

experimenta¡ de la UAM-Iztapalapa- es poner al alcance de ese público informado algunas de las aportaciones originales que han ayudado a que se acepte la idea de que vivimos en un Universo en el cual hay un cambio a través del tiempo. Un cambio en todos los niveles de organización, desde el físico hasta el cultural.

En un orden lineal, quisimos ofiecer las ideas más recientes sobre aspectos que abarcaron desde el supuesto origen de nuestro Universo “hace 15 mil millones de años” hasta la formación de estructuras que fueran capaces de permanecer en el tiempo, m i s allá de su desintegración individual, gracias a un mecanismo de transmisi6n de información a estructuras descendientes:

lo que hoy llamamos seres vivos. Y , después, los cambios que han sufrido

los seres vivos en la superficie de este, nuestro planeta.

Aunque sin límites precisos, si consideramos una línea temporal, pueden diferenciarse etapas generales o grandes periodos de transformaciones: el origen del Universo; la formación de estrellas y galaxias; la formación del Sistema Solar -con una Tierra primitiva de características muy peculiares,

distintas de las actuales-; la síntesis de compuestos orgánicos sin la

intervención de seres vivos (puesto que no existían en la superficie de esa Tierra primitiva); la autoorganización de estos compuestos orgánicos en

estructuras que intercambiaban materia y energía con el medio que les

rodeaba sin confundirse con é1: estructuras con cierto grado de

individualidad; la constitución de las primeras células -cuyo material

genético no estaba incluido en un núcleo- en un ambiente probablemente sin oxígeno libre; la selección posterior de organismos fotosintéticos y de

seres con núcleo verdadero (con su material genético albergado en una

membrana), todo lo cual ha dado la diversidad de entes biológicos que hoy nos impresiona.

Así, llamamos al primer capítulo Evolucidn fisica. Los textos que lo

componen constituyen la transcripción de las conferencias que impartieron en la Universidad Autónoma Metropolitana dos reconocidos astrónomos mexicanos: Luis Felipe Rodriguez y Alfonso Serrano. Luis Felipe Rodriguez nos explica el origen del Universo y la formación de galaxias y estrellas, y Alfonso Serrano cómo fueron importantes las primeras estrellas que se formaron en áque1 Universo primitivo para que después pudiera surgir la vida en la Tierra.

El segundo capítulo se titula Evolución guimica y empieza por un artículo

obligado en cualquier antología sobre este tema: el trabajo que Stanley Miller

publicó en 1953 explicando el primer experimento de síntesis abiótica que

simulaba las condiciones que Alexander Oparin había propuesto que existían

en la Tierra primitiva. El siguiente artículo lo escribió otra investigadora

mexicana especialista en el tema de síntesis abiótica -es decir, la síntesis

de compuestos orgánicos a partir de moléculas inorgánicas-, la Doctora Alicia Negrón. Nos presenta una recopilación de algunos de 10s numerosos

(14)

Evolución. Antología comentada 14

Quizá la etapa más dificil de estudiar, por la incertidumbre que tenemos

de lo que realmente ocurrió, sea el paso de las moléculas orgánicas a las

primeras células. Es la etapa que los biólogos llaman evolución prebiológica.

Para tratar de explicar lo que ocurrió también se han propuesto modelos diversos, algunos de los cuales describe Sydney Fox en el artículo que inaugura el tercer capítulo. El otro trabajo del capítulo es el Último artículo

que escribió Alexander I. Oparin, personaje entrañable, autor de la teoría

sobre el origen de la vida y quien dedicó su vida precisamente a tratar de

explicar esta etapa intermedia entre las moléculas orgánicas y las células más primitivas.

No podía faltar, en una antologia de evolución, una lectura de Charles Darwin. Escogimos, como inicio de la Última parte de esta antología, titulada

Evolucidn bioldgica, el cuarto capítulo de

El

origen de las especies. Es ahí

en donde Darwin explica su concepto fundamental: la selección natural.

Incluimos también el capítulo 7 porque en él Darwin defiende su posción

ante las críticas de sus coetaneos. Y para entender mejor las dificultades

que Darwin tuvo que enfrentar presentamos a continuación de los textos de

Darwin el trabajo titulado La naturaleza de la revolucidn de Darwin, cuyo

autor es uno de los más reconocidos evolucionistas del siglo XX: Emst

M a y .

Una vez comprendidas las barreras que impedían (y siguen impidiendo en muchos círculos de diferentes países) la aceptación de la teoría evolutiva, pasamos a textos que explican lo que sabemos en la actualidad sobre la evolución de los seres vivos. William Schopf explica "La evolución de las céulas primitivas" haciendo alusión a su especialidad: el estudio de los fósiles

microscópicos, que nos han revelado que hace 3 800 millones de años,

muy poco después (en la escala geológica) de que la Tierra se formara, ya había organismos unicelulares que dejaron su huella porque formaban agregados macroscópicos que formaron verdaderas montañas. Esas

montañas que tienen pues una edad de más de 3 O00 millones de años,

afloran muy raras veces a la superficie terrestre. (México es uno de los

pocos países que tiene la suerte de contar, en el desierto de Sonora, con afloramientos de esa naturaleza). Schopf hace una descripción de tales formaciones y describe los principales acmtecimientos de los dos grandes periodos geológicos, el precámbrico y el cámbrico, que tienen relación con esa evolución de la vida temprana.

Los dos textos que siguen son de otro gran evolucionista del siglo XX, Stephen Jay Gould. Habla en ellos de su particular visión acerca del mecanismo evolutivo, lo que el llama el "equilibrio puntuado", con impresionantes ejemplos y convincentes argumentos. Acaba este cuarto y último capítulo de la antología un texto amable y claro, como todo lo que

escribe Michael Benton. Es una síntesis y una reflexión sobre los

conocimientos actuales alrededor de la evolución biológica y sobre la

dinámica de ías actuales retlexiones al respecto.

(15)

15 Introducción general

los estudiantes de la carrera de Biología Experimental qbe han intervenido en la realización de esta antología. Al final de cada capítulo hay una serie de ejercicios de autoevaluación que esperamos que sean amenos para el lector general y que podrán servir como guía de estudio a los alumnos que

utilicen la antología como libro de texto. La antología acaba con una

bibliografía, selección de libros, revistas y páginas de internet en donde

esperamos que el lector encuentre respuesta acualquier pregunta o inquietud

que pueda surgir de las lecturas que proponemos aquí. Para finalizar se

incluye un glosario de los términos que los propios estudiantes decidieron

que era indispensable definir o explicar.

Queremos expresar que éste es el resultado de u;1 trabajo colectivo que

fue muy grato llevar a cabo. Las sugerencias de cada uno de los participantes

fueron analizadas entre todos y se tomaron las decisiones finales

conjuntamente. Ma. Cristina Acosta y Abel Chihuahua fueron los más

involucrados en la selección de los textos, en la traducción, en la redacción

de las introducciones de los capítulos, pero también aportaron ideas y trabajo

Israel Femández, y David Romero. Deseamos agradecer, por otra parte, a las alumnas del curso de procesos de evolución orgánica, Angelica Montiel

y Lucía López Rubio, y a Antonio su eficiente apoyo en la búsqueda de

(16)

l.

Evolución

física

1.1.

Introducción: de la Gran Explosión a las primeras

moléculas

Ma. Cristina Acosta”, Mireia Artis**,

Abel Chihuahua y David Romero*

Algunos paradigmas en la historia del pensamiento, han creado gran controversia en el momento de salir a la luz pública. Por ejemplo Copémico, cuando aclaró que el centro del sistema solar no era la tierra sino el sol, o

Darwin cuando propuso su teoría de la selección natural. Pero sin duda el

origen del universo y de la vida misma son dos de los cuestionamientos

más inquietantes para la especie humana desde que tiene uso de razón y

que ha tratado de esclarecer, con modelos y teorías, en su gran mayoría quizá apenas aproximadas a la realidad.

Para saber qué es lo que había ocurrido antes de que se formara la Tierra,

es necesario recurrir a la astronomía, muy concretamente a una de sus ramas la cosmología, es decir al estudio del universo en sus escalas temporales y espaciales más grandes. El uso de las actuales tecnologías ”como los satélites

viajeros del sistema solar teledirigidos desde la Tierra o los mismos

radiotelecopios que captan señales de radio de frecuencias inmensamente bajas a distancias apenas imaginables -nos han hecho ver que el Sol y la Tierra no tienen nada de especial. Lo más interesante de todo esto es que nuestra galaxia, la Vía Láctea, no es la única en el universo.

Alrededor de los años 20s el astrónomo norteamericano Edwin Hubble,

trabajaba midiendo la luz de las galaxias; para su sorpresa encontró que

todas las demás galaxias se estaban alejando de la nuestra. Cuando un objeto que emite una onda se está moviendo respecto a la persona que lo percibe, ocurre el fenómeno conocido como efecto doppler. La conclusión a la que llegó Hubble y que luego los teóricos eleboraron en gran detalle, fue que aunque sonaba poco lógico, había una especie de fuga colectiva de las galaxias entre sí. Ésta y otras observaciones reforzaron el modelo teórico más aceptado en la actualidad sobre el origen del universo: la teoría de la Gran Explosión.

La teoría de la Gran Explosión nos dice, en esencia, que hace 15,000

millones de años, toda la materia del universo se encontraba concentrada

en una región muy pequeña. Repentinamente ocurrió una explosión que involucró a todo el universo. En otras palabras, este modelo estandar plantea que a medida que nos remontamos a los tiempos cada vez más lejanos en el pasado, veremos un universo cada vez más caliente y más pequeño en el

* Biólogos experimentales, egresados de la UAM-I

** Profesora del curso “Procesos de evolución orgánica”, UAM-I

(17)

Evolución. Antología comentada 18

cual las distancias entre las galaxias son cada vez menores. Como conse-

cuencia del aumento de la temperatura, las estructuras que en 11 pueden

existir son cada vez más simples; las estructuras complejas que conocemos

- seres vivientes, celulas, planetas, estrellas y galaxias- no pueden subsistir

en las primeras etapas del Universo. De hecho, cuando éste tenía poco más

de 500,000 años después de la explosión sólo había en é1 átomos de

hidrógeno y helio principalmente. Las dos virtudes fundamentales de este modelo y que le han hecho atractivo durante tanto tiempo son, por un lado, su sencillez y, por otro, su capacidad para predecir algunos fenómenos que pueden ser y han sido observados. Entre ellos se cuenta la expansión del Universo.

Sin embargo, el modelo cuenta con defectos tanto de fondo como de principio. El defecto de fondo, que está directamente relacionado con su sencillez, es su incapacidad para describir etapas previas a las primeras diezmilésimas de segundo. Esto se debe a que la fisica común y comente

no es adecuada para representar el comportamiento del universo a las

presiones y temperaturas extremas que debieron existir en esos momentos; es necesaro recurrir a las más modernas teorías de partículas elementales para tener una idea aproximada de lo que sucedió en aquellos instantes. Si

bien puede parecer de escasa importancia lo que sucedió durante la primera

diezmilésima de segundo después de la gran explosión, en realidad no es así puesto que muchas de las características del universo quedan

determinadas precisamente en esos instantes.

Por otra parte, el problema de principio que presenta este modelo estandar es que no puede dar respuesta a preguntas como por qué existe mucha más materia que antimateria en el universo. De hecho el modelo se ve obligado a postular un excedente “primigenio” de materia sobre antimateria, esto es, a introducir una asimetría en las condiciones iniciales de la evolución del universo. lo cual es poco grato ante los ojos de los científicos. En efecto,

sería mucho más natural suponer que el universo nació en condiciones

totalmente simétricas, con la misma cantidad de materia y antimateria. A

pesar de estos defectos, el modelo explica perfectamente tantos y tan

(18)

19 Evolución fisica

1.2. El origen del universo*

Luis Felipe Rodriguez

La teoría del origen de la vida que el profesor Oparin desarrolló a principios

del siglo XX se refiere a una serie de eventos químicos, biológicos y fisicos

que ocurrieron después de que la Tierra se formó junto con el Sistema Solar. Luis Felipe Rodriguez

Esto ocurrió hace aproximadamente 4,500 millones de años. Es a ese lejano la licenciatura en fisica en la

momento a donde se remonta la teoría del origen de la vida. Sin embargo, Facultad de Ciencias de la

antes de aue existiera la Tierra. antes de aue existieran el sistema ulanetario UNAM (Mexico).

Astrónomo mexicano. Obtuvo

y el Sol, el Universo ya tenía mucho tiempo de existir. Y de hecho, para U n i v e r s i d a d d e H a r , a r d ,

poner el marco de referencia a las condiciones que existían al formarse el Actualmente es investigador

Se doctoró en astronomía en la

Sistema solar, es necesario tratar de investigar qué fue lo que ocurrió antes del Instituto de Astronomía de

de que ese sistema se formara. Así, aún cuando mi plática no tiene que ver la UNAM donde hace

directamente con la teoría del origen de la vida, sí tendrá que ver con las estelar tigaciones sobre el el medio inter- empleo de

condiciones iniciales del problema que abordó el profesor Oparin. técnicas radioastronómicas.

Para saber qué es lo que había ocumdo antes de que se formara la Tierra

es necesario recurrir a la Astronomía, muy concretamente a una de sus

ramas, la Cosmología, es decir, el estudio del Universo en sus escalas

temporales y espaciales más grandes.

Lo primero que tenemos que tomar en cuenta es el hecho de que el Sol es

sólo una estrella entre muchísimas que existen en el Universo. Una

conclusión muy importante a la que ha llegado la Astronomía en base al análisis espectral de la luz de esas estrellas, es que muchísimas de ellas son

muy parecidas. De hecho, de los 1 O0 mil millones de estrellas que componen

nuestra galaxia, o sea el conglomerado de estrellas al cual el Sol pertenece, una décima parte son estrellas muy parecidas a nuestro Sol. No sabemos si

tienen o no sistemas planetarios, pero ciertamente son muy similares al

Sol. Es muy dificil averiguar s i una estrella tiene sistema planetario. El

único caso que conocemos es el nuestro.

Nuestra galaxia, la llamada Vía Láctea, ocupa un enorme volumen. Tiene

forma de disco y el Sol se encuentra muy cerca de una orilla. Así como hace varios siglos Copérnico aclaró que el centro del Sistema Solar no era la Tierra sino el Sol, mucho tiempo después el astrónomo estadunidense

Harlow Shapley demostró que el Sol, a su vez, no estaba en el centro de la

galaxia. Los avances de la Astronomía nos han hecho ver que la Tierra y el Sol no tienen nada de especial. Lo más interesante de todo esto es que nuestra galaxia, que es este conglomerado inmenso de estrellas, no es la única en el Universo. Hay un enorme número de galaxias. Si comenzamos

a hacer fotografias del cielo con un telescopio lo suficientemente poderoso,

vamos a encontrar que en todas partes del cielo hay estos pequeños discos formados por cientos de miles de millones de estrellas.

* Texto de la conferencia presentada en la UAM- Iztapalapa en 1981 y publicada en: Artís et al.

(19)

Evolución. Antoloeía comentada 20

En la figura 1.2.1 vemos otra que está prácticamente de frente. A estas galaxias se les llama galaxias espirales porque tienen una especie de brazos de forma espiral, como se puede ver claramente en la fotografía. Además se sabe que no todas las galaxias son espirales. Hay unas que son como una esfera de estrellas y se les llama elipticas (Fig. 1.2.2). El Universo se en- cuentra lleno de estas galaxias, cada una con un enorme número de estrellas.

Figura 1.2.1 La galaxia M.51.

Figura 1.2.2 La galaxia eliptica M87

¿Cómo concebían los hombres el Universo a principios del siglo XX? Alrededor de 1920, Einstein había elaborado ya su teoría de la relatividad general y trató de aplicarla al Universo y encontró algo muy interesante: la solución al sistema era inestable. No tenía sentido pensar que las galaxias podían estar una aquí y la otra allá, quietas respecto a sí, sino que necesariamente tenían que estar o alejándose o acercándose entre sí. Esto

no le gustó a Einstein, quien era muy conservador en algunos aspectos, y se

dijo: no, esto debe estar mal, yo creo que el Universo debe estar más o menos quieto, ¿cómo que está expandiéndose o contrayéndose? Introdujo

entonces en sus ecuaciones una famosa constante, la constante cosmológica,

que le permitió concluir que un Universo estacionario era posible. Mientras tanto, otro gmpo de fisicos, o mejor dicho astrónomos, estaban llevando a

cabo observaciones de las galaxias. La ciencia no se detiene en el aspecto

(20)

21 Evolución fisica

en sus aspectos teóricos. Yo creo que la observación es igualmente

importante. Alrededor de los años veinte, un astrónomo norteamericano de nombre Edwin Hubble trabajaba midiendo la luz de estas galaxias. Para su sorpresa, encontró que todas las demás galaxias se estaban alejando de la

nuestra. No se estaban comportando como uno esperaría, de manera ingenua,

como los átomos en una caja de gas, es decir, unas que van, otras que

vienen..

.

No. Todas estaban alejándose de la nuestra.

¿Cómo logró é1 averiguar esto? Lo hizo mediante el análisis de la luz que emitían las galaxias. Esta luz es findamentalmente luz de las estrellas que la componen y forma lo que se llama líneas espectrales. Cuando se descompone a través de un prisma, encuentra uno que se forma una banda de colores, una especie de arco iris, pero ese arco iris tiene unas rayitas que indican la presencia de ciertos elementos químicos en las estrellas. Hubble encontró que esas rayas aparecían corridas y la explicación que propuso es

que tal fenómeno se debía a que las galaxias se alejaban. Cuando un objeto

que emite una onda se está moviendo respecto a la persona que lo recibe, ocurre el famoso efecto Doppler, que es muy familiar para los fisicos. Es el mismo efecto que ocurre cuando se oye la sirena de una ambulancia que se

acerca y que cuando pasa, Sufi-e un cambio de tono, de agudo a grave. A la

luz, que es un fenómeno ondulatorio, también le pasa esto. En base al estudio de la luz que emitían estas galaxias, Hubble llegó a la sorprendente conclusión de que se estaban alejando todas de nosotros. Esto implica que el Universo está en expansión. Aun cuando las galaxias en sí mantienen su tamaño, se separan entre sí al correr el tiempo.

La conclusión a la que llegó Hubble y que luego los teóricos elaboraron en gran detalle fue que, aun cuando sonaba poco lógico, había una especie de fuga colectiva de las galaxias entre sí. Esto llevaba a una serie de conclusiones v.gr. que el Universo no era estático sino todo lo contrario, y que, al pasar el tiempo, las galaxias estarían cada vez más lejanas entre sí. Por otra parte, si imaginariamente echaba uno a andar el tiempo en reversa, se llegaba a una conclusión más interesante. En el pasado debieron haber

estado cada vez más cerca, las galaxias. Hace 100 millones de años

estuvieron un poco más cerca; hace mil millones de años, más, más cerca y

así..

.

Los astrónomos pueden calcular qué tanto tiempo ha transcurrido

desde que todas las galaxias estaban contraídas en una sola región del

espacio. Eso ocurrió, de acuerdo con los cálculos más recientes, hace 15

mil millones de años. La conclusión a la que se llegó es que en ese núcleo

muy compacto ocurrió una explosión que eyectó todo el material del

Universo en una explosión de dimensiones colosales. A esta teoría, que ha

sido muy elaborada por los teóricos, se le llama la teoría de la Gran

Explosión. Esencialmente esta teoría dice que hace 15,000 millones de años toda la materia del Universo estaba concentrada en una región muy pequeña. Repentinamente ocurrió una explosión que involucró a todo el Universo.

Del gas resultante, que originalmente era más 0 menos homogéneo, se fueron

formando las galaxias, y dentro de las galaxias se fueron formando las

estrellas. La teoría de la gran Explosión nos dice que ha habido una evolución

(21)

Evolucion. Antología comentada 22

pudiera pensar a simple vista. L o que ocurre es que un hombre vive tan

poco tiempoque durante su vida no puede apreciar esos cambios. La ventaja que tiene creer en un Universo eterno e inmutable es que uno se ahorra el problema de pensar que tuvo un origen: uno dice, existió desde siempre, para siempre y ya. Desafortunadamente, los resultados de la observación conducen a lo contrario.

La figura 1.2.3 nos muestra los cuatro momentos más importantes en la

historia del Universo. La hora cero sería el momento de la Gran Explosión.

Luego, aproximadamente cinco mil millones de años después, se empiezan

a formar las galaxias. Todavía no existe el Sol, ni los planetas. La materia

del Universo todavía no tiene forma de estrellas ni mucho menos de planetas.

10 mil millones de años después de la Gran Explosión sobreviene la etapa de la formación del Sistema Solar. Finalmente, el presente dista quince mil millones de años de la Gran Explosión. Estas cuatro etapas dividen prácticamente la historia del Universo en tres segmentos iguales: Al

principio, la Gran Explosión; a los 5 mil millones de años, la formación de

galaxias; a los 10 mil millones de años, la formación del Sistema Solar y a

los 15 mil millones de años, el presente. Sólo dentro de los últimos 5 mil

millones de años incide l a teoría del origen de la vida (la cifra más exacta

son 4,500 millones de años).

La teoría de la Gran Explosión es sumamente inquietante y tiene un gran defecto. Cuando uno le pregunta a un buen cosmólogo qué ocuma antes de

la Gran Explosión, no hay una respuesta que vaya de acuerdo a la lógica o,

en fin, a nuestras experiencias cotidianas. Se nos dice que antes de la Gran

Explosión no existía ni el tiempo ni el espacio. y es esta explosión la que da

origen al Universo y al transcurso del tiempo. Esa dificultad conceptual, casi metafisica, que tiene la teoría de la Gran Explosión, ha llevado a que una pequeña fracción de entre los astrónomos, cada vez menor, defienda la

teoría según la cual el Universo EO cambia al pasar el tiempo. Esta teoría se

llama del Estado Estacionario.

Como veremos, hubo después otra gran contribución experimental, hace

aproximadamente quince años (1965), que prácticamente eliminó a la teoria

del Estado Estacionario y le dio el espaldarazo definitivo a la teoría de la

Gran Explosión. Pero antes de pasar a explicar en qué consiste, quisiera comentar una.dificultad que ambas teorías. tuvieron que enfrentar. Cuando los investigadores calcularon la física y la química de este gas que se expandía encontraron que, dadas las condiciones de la Gran Explosión,

toda la materia del Universo acabaría en la forma de dos elementos químicos:

hidrógeno que es el átomo más sencillo -un protón y un electrón- y helio,

también relativamente sencillo, pues consiste de dos protones y dos

neutrones en el núcleo y dos electrones en la periferia. Esto llevó a una

crisis por un tiempo porque la gente se preguntaba ¿cómo es posible esto?

(22)

23 Evolución fisica

Presente

T

15 Formacion del

sistema solar

t

’O Tiempo

t

(en miles de

millones de años) Formación de

las galaxias 5

Gran Explosión

‘ o

Figura 1.2.3 Los eventos más importantes en la historia del universo.

Esto tiene que ver con el problema del origen de la vida porque sabemos que la vida, tal y como la conocemos nosotros, necesita de la presencia de carbono, necesita la presencia del fósforo, nitrógeno, etc. La teoría de la Gran Explosión postulaba que, luego de la explosión, no había carbono ni fósforo, ni nitrógeno ni oxígeno en el Universo. ¿Cómo lograron los astrónomos explicar la aparición de estos elementos indispensables para la vida?

La explicación fue la siguiente. A los 5 mil millones de años, antes de

que se formara el Sol y se formaran los planetas, se empezaron a formar las

galaxias y dentro de estas galaxias hubo una primera generación de estrellas

a la cual no pertenece el Sol. Lo sabemos porque el Sol tiene todos esos

elementos químicos que no existían en ese momento. Ocurrió ahí un

acontecimiento muy afortunado para la futura aparición de la vida. Se formó la primera generación de estrellas. Esas estrellas, en su interior, como ocurre

con todas las estrellas, tenían una densidad y temperatura muy altas, de

modo que se pudo comenzar a dar el proceso de füsión nuclear. Este proceso hace dos cosas: produce una gran cantidad de energía que es lo que hace que las estrellas emitan luz, pero además, transforma sistemáticamente a

los elementos sencillos como el hidrógeno y el helio en elementos más

complejos como el carbono, el oxígeno, el fósforo, etc. Estas primeras generaciones de estrellas son a las que de hecho debemos nuestra vida. Esas estrellas formaron en su interior todos esos elementos y luego sufheron

el proceso cataclísmico llamado explosión de supernova, reventaron y

arrojaron este gas lleno de los elementos químicos que necesita la vida.

Este gas se mezcló con otras nubes de puro hidrógeno y helio, y cuando se

formaron las siguientes generaciones ya había en el gas del cual se iban

formando, los elementos necesarios para la vida. Sabemos que eso ocurrió

porque le sigue pasando a las estrellas que se forman ahora. Las estrellas

mucho más masivas que el Sol evolucionan muy rápidamente y en su interior

forman una gran cantidad de nuevos elementos químicos y luego, para

(23)

Evolución. Antología comentada 24

En la figura 1.2.4 mostramos una famosa supernova, la supernova del

Cangrejo que explotó en 1054 y fue reportada detalladamente por

astrónomos chinos y coreanos. El gas al que hacíamos referencia, muy rico

en elementos pesados, se expande y encuentra otras nubes con las cuales se

mezcla y entonces, cuando se forman de estas nubes otras estrellas, ya existe en ellas la posibilidad de formar planetas, pues un planeta necesita silicio, aluminio, etc, y para tener agua se necesita oxígeno.

Figura I .2.4 La remanente de supernova conocida como la Nebulosa del

Cangrejo.

Como les decía, hubo gente que se aferró a la teoría del Estado Esta- cionario pues no le gustaba la idea de que el Universo evolucionase. Una gran ventaja que tiene la ciencia es que las teoría hacen predicciones y aquí es donde entra el expenmellto que les quería referir.

Alrededor de 1948, a un destacado fisico de nombre George Gamow se le ocurrió pensar que durante la Gran Explosión no sólo se produjo una gran cantidad de materia, la materia que forma las galaxias, la materia que

nos forma a nosotros y a las estrellas, sino que también debió producir otro

componente del Universo, la radiación. Grosso modo uno podría pensar

que el Universo tiene dos componentes: uno, la materia, que forma a este cuarto, a nosotros, a la Tierra; otro, la radiación, que tiene características diferentes a la materia. Gamow predijo que junto con la materia y durante la Gran Explosión había una gran cantidad de radiación llenando el Universo de luz muy brillante y muy caliente. ¿Dónde está esa luz? En la noche no vemos nada de luz, nada más se ven las estrella. Gamow explicó que en

realidad lo que había pasado es que conforme se h e expandiendo el Universo

también la radiación sufrió un proceso de enfriamiento y esto ocasionó que

aquella luz muy brillante que originalmente era radiación de rayos X y

(24)

25 Evolución fisica

Radio

LONGITUD DE ONDA EN CENTíMETROS

~-

Infrarrojo

L

Visible

-

105 10-7 I 0-9 10”’

I

L

Ultra-violeta

‘ I

I

Rayos

Gama

1

I

Figura 1.2.5

El

espectro electromagnético.

En la figura 1.2.5 muestro un diagrama del espectro electromagnético.

El ojo humano sólo capta una pequeña banda de ese espectro. Así, los rayos

X que son una forma de radiación electromagnética, son invisibles. Cuando le toman a uno una radiografía, uno no ve nada. Originalmente, había predicho Gamow, la luz que había estado en la Gran Explosión era de rayos gama con mucha energía. Pero la radiación se fue enfriando. Si calentamos

un pedazo de hierro al rojo vivo emite luz visible mientras está caliente,

pero conforme se va eníñando la luz se va haciendo roja, hasta que, final-

mente, escapa a nuestra vista. Sin embargo, el hierro sigue emitiendo

radiación infiarroja y finalmente acaba emitiendo radiación de radio. El

Universo, decía Gamow, ya está fkío y por lo tanto la radiación que lo llena

debía observarse en las frecuencias de radio. En ese momento la Radio- astronomía, o sea el estudio de las ondas de radio que llenan el Universo,

estaba muypoco desarrollada. Pasó el tiempo y en los años sesenta, comenzó

un gran desarrollo en la Radioastronomía. De igual manera que los astró- nomos ópticos colectan la luz visible de

l a s

estrellas, el radiastrónomo colecta la radiación de radio y la analiza. La radioastronomía experimentó un proceso de mejoramiento tremendo en los sistemas, en los amplificadores y en los radiotelescopios (Fig.. 1.2.7), y para los sesentas ya había la capacidad tecnológica de medir la radiación que había predicho Gamow. No fue sino

hasta 1964 cuando dos radioastrónomos, Penzias y Wilson, encontraron

que, independientemente de donde apuntaran su sensitivo radiotelescopio, había una señal presente, había radiación entrando al radiotelescopio. Después de muchas peripecias se dieron cuenta que, de manera accidental,

habían detectado la radiación que 20 años atrás George Gamow había

(25)

Evolución. Antología comentada 26

Figura 1.2.6 Un radiotelescopio.

Naturalmente, éste fue un acontecimiento importantísimo para l a s ciencias

fisicas y particularmente para la Astronomía. Esta radiación comenzó a ser

estudiada en gran detalle. La gente empezó a hacer medidas con distintos

radiotelescopios en distintas regiones del espectro electromagnético y encon- traron que la radiación se ajustaba muy bien a la predicción teórica.

La teoría de la Gran Explosión la predecía y la predecía muy bien, y la teoría del Estado Estacionario no la predecía de ninguna manera. Esto hizo

pensar a los científicos que ésta era la prueba definitiva de que en realidad

sí hubo una Gran Explosión, puesto que tanto la expansión de las galaxias como la presencia de esta radiación fósil son hechos que esta teoría puede explicar.

Quisiera, con esto, terminar. Si tienen algunas preguntas que hacer, me

dará mucho gusto responderlas.

Preguntas

L A qué se debe.que las galaxias más lejanas vaya a mayor velocidad?

Lo que ocurre es una característica de cualquier explosión. Las galaxias más lejanas, precisamente están más lejanas porque su velocidad es mayor. Como se mueven más rápido, se alejan más y, ya pasado el tiempo, están más lejos.

Tomando en consideración que este Universo no es infinito, entonces, ¿se puede pensar en la existencia de otros universos aparte del nuestro?

se puede. El problema para aceptarlo es que los astrónomos definen el

(26)

27 Evolución fisica

Universo como infinito sino en otros universos infinitos que no se toquen

con el nuestro, que no se intercepten. En conclusión, sí puede haber otros

universos, pero como no los podemos medir, en cierto modo no nos afectan

ni .los podemos conocer.

¿Se observan galaxias en formación?

La respuesta es que, en el espacio cercano a nuestra galaxia, defini- tivamente no. Parece que se formaron de golpe en el pasado. Sin embargo, muy lejos de nosotros se ven los llamados causares que, según algunos, son galaxias en formación. Ahora, ¿por qué los vemos tan lejos? Porque la luz que nos llega de objetos lejanos es en realidad una luz que salió hace muchc

tiempo del objeto. En el caso de los cuasares pudo haber sido hace 10 mil

millones de años, y es por ello precisamente que se supone que los cuasares

son galaxias en formación.

Hoy dia, se habla de un proceso de expansión, ¿tiene sentido hablar de una futura contracción?

Este es uno de los grandes puntos del debate contemporáneo, y sí tiene sentido. La cuestión sería si la fuerza de la explosión fue tal que la expansión va a continuar para siempre, aún cuando la existencia de las galaxias tienda a esa expansión, o si a la larga la fuerza gravitacional es capaz de detener esa expansión y seguirá una stapa de contracción; tal como cuando uno arroja una piedra hacia arriba: sube por un tiempo, pero luego baja.

Si los cuasares son galaxias en formación, ¿cómo es que vemos su luz, si aún no se han formado las estrellas?

Los cuasares, de hecho, no son la luz de muchas estrellas sino que parecen ser las etapas más tempranas de la formación de una galaxia, quizá un poco antes de que se formen las estrellas. Parece que en el centro de la futura galaxia se forma un objeto de características muy peculiares que emite grandes cantidades de radiación y, luego, se van formando las estrellas. Tienes razón: la luz de los cuasares no es la luz de un conglomerado de estrellas. Sería la luz de un objeto distinto que se forma al principio y que luego, incluso, deja de emitir radiación. Ya no lo vemos en las galaxias muy cercanas. De hecho, este objeto, según una proposición que se ha hecho, podría ser un hoyo negro super masivo, que emite grandes cantidades de radiación y luego se tranquiliza y apaga.

¿Hay alguna explicación respecto a la forma de las galaxias?

Sí. Este es también uno de los campos en que actualmente hay un gran

desarrollo. La idea básica es que hay dos grandes tipos de galaxias: unas que son redondas y otras que son aplanadas, lo cual está aparentemente relacionado con la cantidad de momento angular, la cantidad de rotación

que tenía la nube de gas de la cual se formó la galaxia. Si tenía mucha

rotación, le sucederá lo que le pasó a la nube de la cual se formó el Sol. Se

(27)

Evolución. Antología comentada 28

galaxias redondas no tenían mucha rotación; entonces, cuando se formaron,

se formó simplemente una bola.

¿Cómo es que puede hablurse de varios universos infinitos, en lugar de

uno solo?

Bueno, porque uno puede hablar de muchas dimensiones. Esto es más

bien un problema matemático. Parecería que si hay un Universo infinito no

puede haber más, puesto que ya llenamos el espacio. Pero podria haber otros espacios. Esto es un poco especulativo, pero matemáticamente no hay ninguna restricción para que uno defina muchos espacios. Suena un poco ilógico, pero no hay aparentemente ninguna razón por la cual no ocurra.

Sería completamente en otro espacio. No en el nuestro, porque el nuestro,

sí, ya lo ocupamos nosotros.

¿En

qué punto del espacio ocurrió la Gran Explosión?

Bien, ese es otro problema. En realidad estuvo en todas partes. Es muy dificil entenderlo. Voy a ejemplificar con la analogía del globo que se infla:

Supongamos que somos bidimensionales y vivimos en la superficie de un

plano. Supongamos que el Universo es un globo que se expande. Pero el Universo es la superficie de ese globo. No es ni adentro del globo ni afuera. En el momento de la Gran Explosión, el globo estaba chiquito. Ocurre la

Gran Explosión y se empieza a expander. La pregunta es: ¿dónde ocurrió la

Gran Explosión? Pues, en cierto modo, si ustedes quieren, fue en el centro

(28)

29 Evolución física

1.3

Evolución estelar

y

nucleosintesis”

Alfonso Serrano

Las estrellas que vemos en el cielo no son eternas. En algún tiempo no

brillaron en él y, a lo largo de los miles de millones de años de existencia

del Universo, muchas estrellas han nacido y muchas otras han desaparecido. El día de hoy quisiera recordar la intima relación que existe entre la vida, nuestra vida, y la vida y la muerte de las estrellas.

¿Como se forma una estrella? Ya que en las regiones de reciente formación estelar siempre vemos nubes inmensas de gas y polvo, es lógico pensar que las estrellas se formaron a partir de condensaciones de estas nubes. En general, las nubes son mucho más grandes y difusas que las estrellas y

pueden contraerse sólo cuando los efectos de la gravedad (que tiende a

atraer cada fracción de nube hacia el centro) sobrepasan a la presión interior de la nube (proporcionada por una cierta temperatura interna del gas), que tiende a detener la contracción. Imaginemos que tenemos ya una nube pequeña, del tamaño de una estrella. Esta nube estará muy caliente en el centro. ¿Por qué en el centro? Porque las regiones centrales deben sostener prácticamente todo el peso de la estrella, mientras que las exteriores sólo sostienen a una reducida fracción; así pues, la presión que se necesita en el

centro es mayor que la que se necesita a la mitad y por tanto, la temperatura

en el centro es mayor. A esta condensación de gas se le llama estrella cuando

la temperatura central es tan alta (pensemos en varios millones de grados)

que las reacciones nucleares que queman el hidrógeno pueden “prenderse”.

¿Qué quiere decir que las reacciones nucleares se prendan? En principio,

algo muy sencillo: hay una fuerza nuclear que atrae fuertemente a los núcleos atómicos entre sí; si, por ejemplo, tomamos cuatro núcleos de hidrógeno (protones), la fuerza nuclear los unirá en un núcleo de helio. ¿Por qué no

sucede esto con los núcleos de hidrógeno que hay en este auditorio? Porque

los núcleos están cargados positivamente y, s i tratan de acercarse, la fuerza

electromagnética de repulsión les impedirá unirse. Para que sea efectiva la

fuerza nuclear, necesita que los núcleos se encuentren muy cercanos uno

del otro, y para que esto suceda es preciso que se acerquen a gran velocidad,

con lo cual podrán vencer la repulsión electromagnética. Grandes

velocidades de acercamiento son sinónimo de altas temperaturas, por lo que, para que se prenda una reacción nuclear, son necesarias temperaturas altísimas, del orden de los millones de grados.

Tengo que aclarar que las reacciones a las que me refiero son reacciones

de fisión, es decir, reacciones en las que ciertos núcleos se unen para formar

un núcleo más pesado. La ventaja de este tipo de reacciones, y en especial

de las que transforman hidrógeno en helio y helio en carbono, es que liberan

una gran cantidad de energía. Esta liberación de energía se debe a su vez a que la masa original de los reactivos (por ejemplo, cuatro protones) es ligeramente mayor que la masa del producto final (un núcleo de helio).

Alfonso Serrano Perez Grovas

Astrónomo mexicano. Obtuvo la licenciatura en fisica en la Facultad de Ciencias de la UNAM, la maestría en

astronomía en la Universidad de Cambridge y el doctorado en astronomía en la Univer- .

sidad de Sussex. Investiga la evolución de las galaxias en el Instituto de Astronomía de la UNAM (México).

* Serrano Alfonso ( I 983). Evolución estelar y nucleosintesis, en : Artis M. et al ( 1 983), Homenaje

(29)

Evolución. Antología comentada 30

Esta diferencia de masa, m, es la que se transforma en energía (E=mc',

donde c es la velocidad de la luz).

Hay dos tipos de reacciones nucleares que transforman el hidrógeno en

helio. Pero el efecto es siempre el mismo; 4 H

+

4 He4.

Regresando a las estrellas, decíamos que una nube se ha convertido en estrella cuando su temperatura central es tan alta que ya existen reacciones termonucleares en su interior: esto quiere decir que el hidrógeno se está quemando. ¿Por qué es el hidrógeno el que se quema? En el Universo, de

cada 1 O0 átomos, 90 son de hidrógeno, 9 son de helio y del resto corresponde

una pequeñísima fracción a cada uno de los elementos más pesados: carbono,

nitrógeno, etc. Dicho de otro modo, cada 100 kg. de Universo tienen 70 kg.

de hidrógeno, 28 de helio y 1 ó 2 de elementos más pesados; asi que, cuando

una estrella se forma, la mayor parte de la masa de la nube original es justamente hidrógeno, el combustible ideal de la estrella. Es decir, ¡la estrella

se formó de casi puro combustible!

Uno se esperaría que la estrella continuase quemando hidrógeno hasta que éste se acabara y toda la estrella fuera de helio. Esto no es así; la estrella sólo se quema en una décima parte, ya que es en el centro donde, debido a la alta temperatura, se llevan a cabo más eficientemente las reacciones nucleares y, conforme nos alejamos del centro, la temperatura disminuye rápidamente hasta que en un cierto punto, aunque muy cercano todavía al

centro, ya no es suficiente para posibilitar reacciones nucleares. Así pues,

las estrellas no se queman completamente, y al final de una larga vida siguen

siendo estrellas de hidrógeno, con sólo el 10% de su masa interior -el núcleo estelar- convertido en helio.

En la siguiente figura se muestra un diagrama de luminosidad-color de las estrellas. En el eje vertical, las estrellas luminosas queman arriba y las estrellas débiles abajo. Nótese que la escala es logaritmica y, por tanto, que la diferencia de luminosidad entre las estrellas más y menos brillantes es gigantesca. En el eje horizontal se muestra el color de las estrellas: hacia la izquierda tenemos las estrella azules, mientras que hacia la derecha están las rojas. En medio quedan las verdes, las amarillas y las anaranjadas.

Lo que se muestra en la figura 1.3.1 es un conjunto de grandes estrellas, cada una con una cierta luminosidad y un cierto color. Como puede verse fácilmente, una fracción mayoritaria de las estrellas se encuentra en una banda, llamada secuencia principal, que va desde las estrellas luminosas y azules hasta las débiles y rojas.

¿Qué pasa entonces con las estrellas que están en la secuencia principal?

Son justamente las estrellas que están quemando hidrógeno en su centro.

Las estrellas azules y muy brillantes duran sólo algunos millones de años en la secuencia principal; tienen más combustible, pero lo queman mucho

más rápido, por eso son más brillantes. Las estrellas rojas y débiles, por

Figure

Figura  1.2.2  La galaxia  eliptica  M87

Figura 1.2.2

La galaxia eliptica M87 p.19
Figura  1.2.1  La  galaxia  M.51.

Figura 1.2.1

La galaxia M.51. p.19
Figura  1.2.3  Los eventos más importantes en la historia  del  universo.

Figura 1.2.3

Los eventos más importantes en la historia del universo. p.22
Figura  I .2.4 La  remanente  de supernova  conocida  como  la  Nebulosa  del

Figura I .

2.4 La remanente de supernova conocida como la Nebulosa del p.23
Figura  1.2.5  El  espectro electromagnético.

Figura 1.2.5

El espectro electromagnético. p.24
Figura  1.2.6  Un  radiotelescopio.

Figura 1.2.6

Un radiotelescopio. p.25
Figura  1.3.1  Diagrama  Hertzprung-Russel

Figura 1.3.1

Diagrama Hertzprung-Russel p.30
Figura  2.3.1 Esquema  simplificado de  la  evolución  química.

Figura 2.3.1

Esquema simplificado de la evolución química. p.42
Figura 2.3.4  Sintesis de Strecker

Figura 2.3.4

Sintesis de Strecker p.45
Tabla I  (Continuación): Obtención  de  monómeros  y  polímeros de importancia biológica a partir  de experimentos de síntesis abiótica

Tabla I

(Continuación): Obtención de monómeros y polímeros de importancia biológica a partir de experimentos de síntesis abiótica p.47
Figura  3.2.1  La  investigación  reduccionista  requiere  del  desensamblaje.  La  construccionista va  en sentido  del ensamblaje)) la evolución

Figura 3.2.1

La investigación reduccionista requiere del desensamblaje. La construccionista va en sentido del ensamblaje)) la evolución p.55
Figura  3.2.2 Concepto  de  Goldacre de las  vesículas  lipoprotéicas

Figura 3.2.2

Concepto de Goldacre de las vesículas lipoprotéicas p.57
Figura  3.2.4 La  cubierta es histona:  gotita de coacervado  de  goma  arábiga.  Síntesis  de  almidón  mediante  la  fosforilasa  que  actúa sobre la glucosa-l-  fosfato, e hidrólisis  del  mismo  mediante  la  b-amilasa

Figura 3.2.4

La cubierta es histona: gotita de coacervado de goma arábiga. Síntesis de almidón mediante la fosforilasa que actúa sobre la glucosa-l- fosfato, e hidrólisis del mismo mediante la b-amilasa p.58
Figura 3.2.3  Gotas de coacewado.

Figura 3.2.3

Gotas de coacewado. p.58
Figura  3.2.6  Modelo de  las  primeras etapas  del  ciclo  de laspentosas en  gotitas  de coacewados

Figura 3.2.6

Modelo de las primeras etapas del ciclo de laspentosas en gotitas de coacewados p.59
Figura  3.2.5  Síntesis depoliadenina  en  una  gotita  de coacewado apartir  de  RNA  e histona

Figura 3.2.5

Síntesis depoliadenina en una gotita de coacewado apartir de RNA e histona p.59
Figura  3.2.7  Sulfobios  de  Herrera.

Figura 3.2.7

Sulfobios de Herrera. p.60
Figura 3.2.8 Microesfera deproteinoide obtenidas por el  contacto de  proteinoide amorfo  con  agua  fría  (Por  Dr

Figura 3.2.8

Microesfera deproteinoide obtenidas por el contacto de proteinoide amorfo con agua fría (Por Dr p.62
Figura 3.2.9 Microesferas  de proteinoides a partir de una  solución  acuosa  caliente de proteinoides (por Steven  Brooke)

Figura 3.2.9

Microesferas de proteinoides a partir de una solución acuosa caliente de proteinoides (por Steven Brooke) p.62
Figura 3.2.1 O  Micrografia  electrónica  de  microesferas  formadas a partir de  proteinoides simples

Figura 3.2.1

O Micrografia electrónica de microesferas formadas a partir de proteinoides simples p.63
Figura  3.2.12  Microesferas  formadas  a  partir  de  ‘proteinoides  de  agua  ma-

Figura 3.2.12

Microesferas formadas a partir de ‘proteinoides de agua ma- p.64
Figura 3.2.13  Formación de puentes internucleótidos porproteinoides  actuando sobre  ATP  (Jungck  and Fox,  1973)

Figura 3.2.13

Formación de puentes internucleótidos porproteinoides actuando sobre ATP (Jungck and Fox, 1973) p.66
Figura 3.2.13  Microesferas  de  proteinoides  semejantes  a  coacewados  formados

Figura 3.2.13

Microesferas de proteinoides semejantes a coacewados formados p.69
Figura  3.2.15 Panorama de  la evolución  molecular y celular,  apartir  de

Figura 3.2.15

Panorama de la evolución molecular y celular, apartir de p.70
Figura 3.3.  I  Diferenciación de  las gotas de coacewados con  respecto a: (A) su  composición,  cuando se  forman  a partir de  un  sistema de histonagoma  arábiga

Figura 3.3.

I Diferenciación de las gotas de coacewados con respecto a: (A) su composición, cuando se forman a partir de un sistema de histonagoma arábiga p.84
Figura  3.3.2  Modelo de división de los  probiontes; mod$cación  de la  estructura de las  gotas  coacervadas  formadas  porprotamina  y poli-A al  agregarles polifosfato (pecha superior) y de los  coacervados  formados  de  histona y goma arabiga al añad

Figura 3.3.2

Modelo de división de los probiontes; mod$cación de la estructura de las gotas coacervadas formadas porprotamina y poli-A al agregarles polifosfato (pecha superior) y de los coacervados formados de histona y goma arabiga al añad p.85
Figura  3.3.3  Parámetros de los  sistemas  coacervados  (V,  volumenpromedio  de

Figura 3.3.3

Parámetros de los sistemas coacervados (V, volumenpromedio de p.85
Figura  3.3.4  Estructura de los complejos  insolubles  de  DNA- histona  como  función del  nivel  de  polimerización  y  conformación  del  DNA:  (A)  DNAI natural

Figura 3.3.4

Estructura de los complejos insolubles de DNA- histona como función del nivel de polimerización y conformación del DNA: (A) DNAI natural p.86
Figura 3.3.5.  Relación  entre  estructura de complejos  nucleoproteinicos

Figura 3.3.5.

Relación entre estructura de complejos nucleoproteinicos p.87
Figura 3.3.6. Esquema de la evolución del autoensamblaje de  los  probiontes.

Figura 3.3.6.

Esquema de la evolución del autoensamblaje de los probiontes. p.88

Referencias

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