La Ciencia

¿Qué es la Ciencia?

La ciencia es el conocimiento que produce leyes generales a partir de la observación y la realización de experimentos que pueden reproducirse con total exactitud en cualquier momento y lugar, y que pueden utilizarse para predecir acontecimientos. Estas leyes generales no son producto de usos culturales o ideologías, sino resultado de la experimentación.

Disciplinas Científicas

La ciencia se subdivide en distintas disciplinas:

• Física: Estudia el átomo y su comportamiento, sus partículas subatómicas y las fuerzas a las que están sometidas.
• Química: Estudia la unión de los átomos y las moléculas.
• Biología: Estudia la vida.
• Geología: Estudia lo que sucedió en la Tierra.

El Método Científico

El método científico tiene varias fases:

1. Observación atenta al fenómeno que se ha de estudiar. Conviene describir los aspectos más relevantes y anotar con precisión las circunstancias que acompañen al fenómeno.
2. Formulación de hipótesis para tratar de explicar el fenómeno examinado e interpretar los hechos observados.
3. Experimentación para comprobar si son ciertas las hipótesis propuestas.
4. Análisis de los resultados experimentales. A partir de los datos empíricos, se elaboran tablas numéricas, representaciones gráficas, etc., que permiten la formulación de leyes a partir de la deducción de ecuaciones matemáticas que relacionan empíricamente los distintos factores que intervienen en el fenómeno observado.
5. Elaboración de conclusiones finales y formulación, si es posible, de teorías que engloben las leyes empíricas deducidas anteriormente.

La Ciencia Moderna

La ciencia moderna se ha desarrollado a partir de la idea de Galileo de diferenciar el conocimiento científico producto de la experimentación, de aquel que se sustenta en las citas de otros. Galileo Galilei está considerado como el primer científico moderno, sobre todo porque fue el primero que le dio a la observación y experimentación un papel relevante a la hora de conocer la realidad. Galileo utilizó la observación para hallar las manchas solares. Para Galileo, el conocimiento científico es aquel que puede ser medido y descrito matemáticamente.

Ciencia Pública

El conocimiento científico debe ser público para ser realmente ciencia. La difusión del conocimiento en la ciencia moderna favoreció la creación de las sociedades científicas. Con la revista científica, la ciencia se consideraba como una actividad de información pública. Para que un experimento sea publicado, debe ser evaluado por pares ciegos. Se puede divulgar en:

• Los centros de enseñanza.
• Otros científicos la divulgan a través de los medios de comunicación de masas.

El Espacio y el Tiempo

Albert Einstein envió tres breves artículos a una revista científica. El tercer artículo de Einstein, titulado «Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento», sirvió de base a la teoría espacial de la relatividad que aportó dos grandes ideas. En primer lugar, demostró que nada podía superar la velocidad de la luz, y en segundo lugar estableció la ecuación E=mc². Hubble demostró que el universo se está expandiendo.

El Big Bang

La teoría del Big Bang nos habla de lo que ocurrió inmediatamente después de la Gran Explosión, que no fue ni grande ni fue realmente una explosión. Al principio, el universo estaba lleno de energía con una densidad y temperatura inimaginables. Aproximadamente, 10^-35 segundos más tarde se produjo la inflación cósmica y, a continuación, la temperatura descendió permitiendo la aparición de las partículas elementales. Transcurridos 300.000 años, dichas partículas se unieron formando los primeros átomos. Con el paso del tiempo, algunas regiones más densas de la materia, debido a la atracción gravitatoria, fueron compactándose formando estrellas, galaxias y el resto de estructuras astronómicas que existen actualmente.

Pruebas del Big Bang

La primera prueba que confirma la teoría del Big Bang se obtuvo al analizar el espectro luminoso de las galaxias más lejanas. El efecto Doppler dice que si una galaxia se acerca a nosotros la veríamos de color azul, mientras que si se aleja sería de color rojo. Las galaxias siempre se observan de color rojo, así que se alejan de nosotros.

La segunda prueba trataba de utilizar una antena de comunicaciones, pero siempre obtenían un ruido de fondo persistente que parecía provenir de todas direcciones y que les impedía trabajar. Intentaron eliminar el ruido de todas las formas posibles, pero seguía allí. Dicho ruido venía a confirmar la idea que predijo que la radiación generada por el Big Bang, después de recorrer todo el cosmos, llegaría a nosotros en forma de microondas.

El Final del Universo

Para responder a cuál será el final del universo debemos tener en cuenta la densidad de la materia del universo y compararla con la densidad crítica (densidad de la materia en el universo necesaria para detener la expansión del mismo, en un tiempo infinito):

• a) Densidad del cosmos superior a la densidad crítica: El universo frenará la expansión y se invertirá el proceso. Dentro de 20.000 millones de años comenzará un proceso de contracción hasta llegar al Big Crunch o gran aplastamiento.
• b) Densidad del cosmos igual a la densidad crítica: Si la densidad de materia es igual a la densidad crítica, el universo se expandirá eternamente.
• c) Densidad del cosmos inferior a la densidad crítica: La gravedad no será capaz de frenar la expansión. La materia será incapaz de sujetar la materia llegando al Big Rip.

Estrellas y Planetas

Estrellas

En las estrellas se producen todos los componentes de la tabla periódica, gracias a unos procesos químicos denominados reacciones termonucleares de fusión. El proceso comienza cuando frías nubes de gas y polvo comienzan a rotar sobre sí mismas por efecto de la gravedad. Esto provoca que la mayor parte de la materia se concentre en un punto central conocido como protoestrella. El aumento de choques entre las partículas hace que, en unos cuantos millones de años, la temperatura en el núcleo de la protoestrella se eleve tanto que comience a brillar. Decimos entonces que ha nacido una estrella.

Planetas

Son cuerpos celestes que orbitan en torno a una estrella, que cuentan con suficiente masa para tener gravedad propia y adquirir forma redonda, y que han despejado las inmediaciones de su órbita.

Asteroides

Objetos rocosos o metálicos que eran fragmentos de planetas que no llegaron a formarse.

Cometas

Pequeños núcleos de hielo y roca rodeados de una atmósfera nebulosa llamada cabellera.

Las Capas Terrestres

Según su Composición

• Corteza: Formada por oxígeno, silicio, carbono, calcio, magnesio… Distinguimos corteza continental y oceánica.
• Manto: Ocupa un 82% del volumen de la Tierra. Su parte más externa está formada por peridotita.
• Núcleo: Compuesto por hierro (Fe) y níquel (Ni), su parte más externa es fluida, mientras que el núcleo interno es sólido.

Según su Estructura

• Litosfera: Capa sólida y rocosa que constituye el exterior terrestre.
• Manto sublitosférico: Capa fluida sobre la que se asienta la litosfera, permitiendo su movimiento. Algunos científicos ponen en duda su existencia.
• Manto inferior: Equivalente al manto inferior de la clasificación por composición. Pese a ser una capa rígida, permite cierta fluidez a las rocas.
• Endosfera: Equivalente al núcleo de la clasificación por composición.

Dinámica Terrestre

Teoría de la Deriva Continental

En 1912, el meteorólogo alemán Alfred Wegener propuso la teoría de la deriva continental, en la que sugería que todos los continentes del mundo habían estado unidos al principio en una única masa terrestre, que denominó Pangea, antes de dispersarse y acabar ocupando sus emplazamientos actuales.

Teoría de la Tectónica Global

Posee cuatro grandes consecuencias:

1. La Tierra está dividida en placas que encajan entre sí.
2. Las placas se mueven arrastrando a los continentes consigo.
3. La corteza se crea en las dorsales y se destruye en las fosas.
4. La mayoría de los fenómenos geológicos ocurre en los límites de placa.

Un Planeta para la Vida

La Tierra posee una serie de características que la hacen habitable:

• Dinámica interna (capacidad para renovar la litosfera).
• Orbitamos a la distancia adecuada alrededor de una estrella de tamaño óptimo para la vida.
• Núcleo líquido para poseer campo magnético.

Fenómenos Geológicos

Las placas, al chocar entre ellas, liberan grandes cantidades de energía, bien de forma súbita (seismos), bien de forma continua (orogenias) o fundiendo las capas de roca suprayacentes (vulcanismo). Distinguimos diferentes tipos de límites entre placas en función de la dirección en la que se muevan dos placas en su zona de contacto.

Límites Divergentes

Las placas se separan unas de otras. Asociados a corrientes ascendentes de magma caliente, presentan una elevada actividad volcánica. El proceso de ruptura continental ocurre en cuatro fases:

• Fase 1: Las corrientes ascendentes de material caliente abultan y rompen la corteza terrestre. El material que aflora empuja la corteza antigua hacia ambos lados de la grieta, originando la divergencia.
• Fase de Rift Africano: La divergencia genera un valle de Rift rodeado de elevaciones que discurren paralelas a cada lado de la grieta. El valle se ensancha hasta romper la antigua corteza continental y se forma una nueva corteza oceánica.
• Fase de Mar Rojo: Con el tiempo, el agua inunda el valle, creándose un estrecho mar que separa el continente en el punto donde antes había estado unido.
• Fase de Océano Atlántico: El estrecho de mar se ensancha hasta convertirse en un vasto océano.

Límites Transformantes

Se produce un deslizamiento lateral entre placas que se mueven en la misma dirección pero en sentidos opuestos. No se crea ni se destruye corteza. Son muy abundantes en dorsales oceánicas (las fallas transformantes).

Límites Convergentes

Las dos placas chocan una contra la otra. En ellos se destruye corteza al subducir una placa bajo la otra fundiéndose en el manto sublitosférico.

La Vida y su Origen

¿Qué es la Vida?

Es un sistema que se vale de un entorno para conseguir su reproducción, nutrición y relación.

El Origen de la Vida

Teoría de Oparin-Haldane

En 1922, el bioquímico Alexander Oparin, basándose en los conocimientos de la época sobre las condiciones ambientales que reinaban en la Tierra primigenia, planteó la hipótesis de que, debido a la acción de las energías dominantes en aquel momento, las sustancias inorgánicas presentes pudieron generar moléculas orgánicas, las cuales debieron concentrarse en los océanos constituyendo la «sopa primigenia».

La teoría Oparin-Haldane fue confirmada en 1953 por Stanley Miller, que reprodujo la atmósfera primigenia en un laboratorio, haciendo reaccionar la mezcla con 60.000 voltios. Al cabo de unos días, Miller sintetizó diversos aminoácidos.

Otras Teorías

También existen las teorías de los meteoritos y de las chimeneas hidrotermales.

Biomoléculas Orgánicas

Son moléculas que solo pueden ser sintetizadas por los seres vivos. Están formadas mayoritariamente por cuatro elementos: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y fósforo (P), todos ellos comunes en la atmósfera y en las capas superficiales de la corteza terrestre, y forman cuatro grandes grupos: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

La Célula y la Teoría Celular

La Célula

La célula es la unidad básica de la vida.

Teoría Celular

1. La célula es la unidad estructural de los seres vivos. Todos los seres vivos están formados por al menos una célula.
2. La célula es la unidad funcional de los seres vivos. Es la mínima unidad de materia que puede llevar a cabo las funciones básicas de un ser vivo.
3. La célula es la unidad reproductora de los seres vivos. Toda célula proviene de otra célula preexistente.

Partes de la Célula

• Núcleo: Centro de información y control, contiene la mayor parte del material genético (ADN). Rodeado por la membrana nuclear.
• Citoplasma: Contiene el citosol y los orgánulos.
• Aparato de Golgi: Procesa y empaqueta las proteínas y lípidos que produce la célula.
• Centriolo: Formado por dos centrosomas, intervienen en el movimiento celular y dirige el citoesqueleto.
• Membrana celular: Frontera que separa a la célula del exterior y controla qué entra y qué sale de ella.
• Vacuola: Almacena nutrientes y desechos.
• Lisosoma: Rompe los nutrientes para digerirlos.
• Citoesqueleto: Mantiene la forma de la célula y participa en sus movimientos.
• Mitocondria: Respiración celular.
• Ribosoma: Fabrica proteínas.
• Retículo endoplasmático: Red de sacos y tubos donde tienen lugar procesos sintéticos y metabólicos. (REL – Fabrica lípidos, RER – Fabrica proteínas).
• Nucleolo: Fabrica ribosomas.
• Cromatina: ADN.
• Poros nucleares: Intercambio de sustancias con el citoplasma.

Orgánulos de la Energía

• Cloroplastos: Exclusivo de vegetales y algunas bacterias, se encarga de la fotosíntesis.
• Mitocondria: En ella se produce la respiración celular, que emplea oxígeno (O₂) para transformar los hidratos de carbono, las grasas y otros combustibles en energía utilizable por la célula.

Evolución Biológica

Es el proceso de cambios sucesivos que han experimentado los seres vivos a lo largo de generaciones, a partir de un ancestro común, y constituye la base sobre la que se asientan todas las ciencias de la vida.

Teorías Predarwinistas

Durante gran parte de la historia de la humanidad se formularon teorías fijistas que sostenían que el mundo es estático y que las formas vivientes son inmutables desde la creación divina. Para intentar darle sentido surgió la teoría diluvista, que plantea que los fósiles son restos de los animales que no sobrevivieron al diluvio universal. Más tarde, el avance de las ciencias geológicas planteó la existencia de varios episodios de extinción masiva. La teoría catastrofista, según la cual habrían sucedido varios episodios de extinción seguidos de periodos de creación.

Lamarckismo

No fue hasta principios del siglo XIX cuando Jean-Baptiste de Monet, caballero de Lamarck, en su obra Filosofía zoológica, expuso una teoría denominada «ley del uso y desuso», según la cual los organismos, empujados por la necesidad de vivir, reaccionan frente a un cambio ambiental desarrollando, creando o potenciando un órgano determinado. De la misma manera, el abandono del uso de un órgano conduce a su atrofia o desaparición.

Darwinismo

Las teorías evolucionistas proponen que las especies actuales descienden de antepasados comunes y que han cambiado y que siguen haciéndolo con el paso del tiempo.

Selección Natural

Charles Darwin, en su obra Sobre el origen de las especies, propuso una explicación causal para la evolución: la teoría de la evolución natural, también propuesta por Wallace. Darwin supuso que un mecanismo similar a la selección artificial debía actuar sobre las poblaciones naturales en su medio ambiente, llamado selección natural, que tiene los siguientes principios:

1. Los individuos varían en los rasgos que poseen.
2. Algunas de las variaciones son hereditarias.
3. Nacen más seres vivos de los que pueden sobrevivir.
4. La selección natural se produce cuando los individuos que poseen ciertas características sobreviven y dejan más descendencia que otros individuos.

Consecuencias de la Teoría de Darwin

• LUCA (Último Ancestro Común Universal).
• Azar y selección natural.
• El hombre como especie.

Neodarwinismo

En 1900 se redescubrieron las leyes de la herencia propuestas por Mendel y, con ellas, la existencia de factores precisos que determinaban la herencia. La consecuencia fue la formulación de dos nuevas teorías:

1. La teoría cromosómica de la herencia, sobre la localización de los factores hereditarios en los cromosomas.
2. La teoría de la mutación, sobre los cambios que se producen en los factores hereditarios.

El descubrimiento de la mutación permitió explicar cómo se origina la variación que existe dentro de las poblaciones. En el año 1937, Theodosius Dobzhansky recuperó en su obra Genética y origen de las especies las ideas de Darwin, aunque con un mayor soporte científico. El resultado fue la teoría sintética. Esta teoría se basa en que:

• La unidad evolutiva no es el individuo sino la población.
• La reproducción diferencial es el mecanismo que produce la selección.
• La evolución se produce por un cambio gradual.
• La anagénesis es un proceso de transformación total y lenta de una especie en otra.

Equilibrios Interrumpidos

La teoría del equilibrio puntuado fue propuesta por Jay Gould y Niles Eldredge en 1972 y sugiere la existencia de un mecanismo evolutivo rápido y por ramificación denominado cladogénesis. Tras su aparición súbita, una especie no cambia sustancialmente durante el resto de su existencia, cifrada como media en 10 millones de años. Este fenómeno se conoce como estasis.

Locomoción Bípeda y Crecimiento Cerebral

Locomoción Bípeda

Existen dos claves para determinar la postura de un individuo al caminar: la orientación del foramen magnum y la huella. En el Australopithecus, el dedo pulgar ya se dirige hacia delante y no hacia el lado como en los gorilas. Esta diferencia resulta decisiva, pues el dedo pulgar da el impulso final al caminar.

Crecimiento Cerebral

El aumento del tamaño del cerebro con relación al cuerpo ha sido una constante en nuestra evolución y permite distinguir a las diferentes especies del género Homo. El cerebro es un órgano que, energéticamente hablando, es muy caro y su desarrollo debe hacerse a expensas de la reducción de tamaño de otros órganos. En nuestro caso, fue gracias a la incorporación de carne en nuestra nutrición. La capacidad tecnológica nos permitió también el acceso a un montón de recursos que antes eran inalcanzables.

La sucesión de diferentes especies del género Homo también se vio reflejada en la capacidad colonizadora, que permitió al ser humano extenderse por todo el mundo. Todas las especies del género Homo han surgido en África. Una pieza importante en el rompecabezas de la evolución humana se ha encontrado en el yacimiento burgalés de Atapuerca, donde se han encontrado restos del Homo antecessor.

El Lenguaje

Surge el Homo ergaster, que tiene una serie de características: estructura ósea ligera, arcos supraciliares poco marcados y mandíbula provista de mentón, pero lo que más llama la atención es el aumento del tamaño cerebral que produce modificaciones. Estos cambios en la fisionomía del cerebro implicaron un cambio en los mecanismos de razonamiento, así como la aparición del pensamiento simbólico y el lenguaje.

Resumen de la Evolución Humana

• Se forma la falla del Rift y los simios se dividen en dos grupos: los del bosque y los de la sabana. Los de la sabana se vuelven bípedos, ya que si no morirían de hambre. Una vez se vuelve bípedo se denomina Orrorin. A 2.000 km también se vuelven bípedos, pero se conocerán con el nombre de Tumai.
• Surgen los Australopithecus y hay dos tipos: anamensis y afarensis.
• Empezamos a comer carne, lo que implica el aumento de la masa cerebral.
• Aparece el Homo habilis, que tiene un cerebro más grande que el Australopithecus. Crean herramientas primitivas como la lanza y el cuchillo, también crean cabañas. Al Homo habilis se le puede considerar el primer ser humano. Desaparece el Australopithecus.
• Se crea el Homo ergaster, que será el primero en salir de África y poblará la Tierra. Cuando ergaster llega a Asia evoluciona en el Homo erectus, que descubrirá el fuego y se especializan socialmente entre ellos.
• Se produce una glaciación y Homo erectus evoluciona a Homo neanderthalensis, que curten pieles y dominan el fuego, también hacen los primeros enterramientos y viven en cuevas.
• Aparece el Homo sapiens, aunque Homo neanderthalensis sigue existiendo. Homo sapiens fabrican chozas, orfebrería y se pintan la cara. Homo neanderthalensis y Homo sapiens pueden tener hijos fértiles. Homo neanderthalensis y Homo sapiens tienen instrumentos musicales.
• Homo neanderthalensis se extingue por estar mal adaptados y porque tenían menos hijos, el último se extinguió hace 25.000 años.