Muestra de Biología y Geología 4 ESO. Proyecto 5 etapas.

4 E S O

Juan Eduardo Panadero Cuartero M.ª del Rosario Fuente Flórez

Juan Eduardo Panadero Cuartero M.ª del Rosario Fuente Flórez

El sistema solar, la Tierra y el origen de la vida

¿QUÉ SABES DE...?

¿Crees que hay vida extraterrestre? ¿Has oído hablar del proyecto SETI?

¿Por qué a los cometas se los conoce como «bolas de nieve sucia»?

¿Sabrías decir si las estrellas fugaces son estrellas?

¿Crees que puede aparecer vida en otros planetas?

¿Conoces cómo pudo formarse una célula eucariota a partir de otras procariotas?

¿SABES QUE VIVES EN LA ZONA DE HABITABILIDAD DEL SOL?

Si aún no lo sabes..., descubriremos juntos:

¿Qué ocurrió durante la formación del sistema solar?

¿Cómo se formaron la Tierra y la Luna?

¿Cuál pudo ser el origen de la vida en la Tierra?

¿Cómo evolucionaron las células primitivas?

ocurrió durante la formación del sistema solar?

e

¿Procedes del polvo cósmico?

Entra en la web de Bruño (ver QR de la página 5) para observar cómo nació el sistema solar a partir de una nebulosa. La supernova que marca el final de una estrella puede suponer el comienzo de otras, incluso alguna puede presentar planetas orbitando a su alrededor y, tal vez, en alguno de ellos, es posible que se den las condiciones para que surja la vida y evolucione. a ¿Qué relación hay entre las supernovas y la formación de planetas en el sistema solar?

Hace unos 5 000 millones de años se formó el sistema solar a partir de las partículas de polvo cósmico generadas por la explosión de una supernova situada en el extremo del brazo de Orión de la Vía Láctea. El sistema solar al que perteneces está constituido por el Sol, ocho planetas, planetas enanos, plutoides, satélites y cuerpos pequeños (meteoroides, asteroides, cometas, gas y polvo cósmico).

1. La onda expansiva de la supernova tal vez originó la compactación de una inmensa nebulosa de gas y la enriqueció con polvo cósmico (a).

2. La nebulosa comenzó a girar y se transformó en un gigantesco disco de materia aplanado y comprimido (b). Más tarde, aparecieron turbulentos remolinos debidos a inestabilidades gravitatorias.

3. El remolino central capturó la mayor parte del hidrógeno y del helio y se convirtió en el protosol, que se fue compactando y calentando hasta que las reacciones termonucleares lo convirtieron en estrella: el Sol (c).

4. Las regiones periféricas del disco se separaron y aparecieron de nuevo turbulentos remolinos, que atraparon el polvo cósmico, los gases, el hielo y las partículas rocosas. En ellos, la gravedad provocó el impacto de unos cuerpos contra otros y favoreció el proceso de acreción, que consiste en la constitución gradual de estructuras cada vez mayores, denominadas planetesimales (d).

5. La aglomeración de planetesimales mediante impactos sucesivos, llamada acreción de planetesimales, dio lugar a «embriones planetarios» de dimensiones cada vez mayores (e).

6. En cada región del disco comenzó a dominar solo un gran protoplaneta, ya que los cuerpos más grandes «barrieron» los fragmentos más pequeños que encontraban en su órbita (f), al ir chocando con ellos, hasta convertirse en planetas, satélites y demás astros.

¿Qué

es el Sol?

El Sol es una estrella de tamaño medio con un diámetro de 1,4 3 106 km y una distancia a la Tierra de 150 3 106 km, lo que equivale a una unidad astronómica (ua). En el Sol se distinguen dos zonas:

Corona

Cromosfera

Fotosfera

Manchas solares

Zona interna:

Zona superficial:

➜ Fotosfera. Tiene una temperatura de 6 000 ºC. En esta región se forman manchas oscuras, llamadas «manchas solares».

➜ Cromosfera y corona. Se encuentran por fuera de la fotosfera y solo son visibles durante los eclipses. De la cromosfera salen, a veces, a grandes velocidades, las protuberancias, que son inmensas masas de hidrógeno incandescente.

Núcleo

➜ Núcleo. Alcanza una temperatura de casi 15 000 000 ºC. Es el lugar donde el hidrógeno se transforma en helio liberando energía.

De las radiaciones solares que emite (infrarroja, luz visible, UV, gamma y X), una parte calienta la atmósfera, la superficie terrestre y los océanos, y otra parte aporta la energía que fluye por los ecosistemas, es almacenada en forma de energía química gracias a la fotosíntesis y consumida en todos los niveles tróficos.

¿Qué son los planetas?

Los planetas son astros que orbitan alrededor del Sol. Poseen masa suficiente como para que su propia gravedad les permita tener forma esférica o casi esférica. Dominan su entorno, es decir, han «barrido» sus inmediaciones y no tienen otros cuerpos en sus órbitas.

La mayoría de los planetas poseen uno o varios satélites o lunas que orbitan a su alrededor. Describen dos tipos de movimientos:

➜ Rotación, alrededor de su eje. El tiempo que tarda en dar un giro completo se denomina día, y su duración varía de unos planetas a otros.

➜ Traslación, alrededor del Sol. Las trayectorias por donde se desplazan en sus movimientos describen líneas imaginarias, denominadas órbitas, que son elípticas. Todas las órbitas están aproximadamente contenidas en el mismo plano. El tiempo que tarda un planeta en recorrer su órbita se denomina año, y también varía de unos planetas a otros.

TIPOS DE PLANETAS

Están más cerca del Sol. Son rocosos y densos, semejantes a la Tierra, por lo que también se conocen como «telúricos».

Incluyen Mercurio, Venus, la Tierra y Marte.

exteriores o gigantes

Gigantes gaseosos. Poseen grandes envolturas gaseosas y en su interior un núcleo rocoso (Júpiter y Saturno).

Gigantes helados. Tienen metano congelado (Urano y Neptuno).

1. Se han detectado miles de planetas extrasolares o exoplanetas en otras estrellas de nuestra galaxia y de otras galaxias.

Exoplaneta 2M1207b (1) orbitando a la estrella enana marrón 2M1207 (2). ESO (European Southern Observatory)

¿En qué región de una nebulosa es más probable que se desarrollen estrellas con sistemas planetarios, en una donde no se ha formado ninguna supernova o en otra en la que se hayan formado varias supernovas en un pasado reciente?

2. Lee la definición de «planeta enano» en la página 67. ¿Qué tienen en común los planetas enanos con los planetas? ¿En qué se diferencian, además de por su tamaño?

Protuberancia solar (1).

MERCURIO

¿Qué caracteriza a los astros que orbitan alrededor del Sol?

El Sol se encuentra en el centro del sistema solar y todos los planetas (con sus satélites), asteroides, meteoroides y cometas orbitan a su alrededor, es decir, giran atraídos por su fuerza gravitatoria, que actúa como un gigantesco imán, y describen órbitas elípticas en sus movimientos de traslación.

Solo es visible al alba o al ocaso, muy cerca del Sol. Sus días son muy calurosos y sus noches muy frías. Se parece a la Luna y tiene la superficie cubierta de cráteres por impactos de meteoritos.

Carece de atmósfera y de agua y, por tanto, no tiene procesos erosivos que alteren la superficie. Es un planeta muy denso, con un gran núcleo de hierro. Distancia al Sol: 58 500 000 km (0,39 ua). Carece de satélites.

TIERRA

Tiene actividad volcánica y contiene agua (en estado líquido, sólido y gaseoso). La atmósfera filtra la radiación solar nociva. Sus gases generan efecto invernadero que, junto con su posición, ni muy cerca ni muy lejos del Sol, mantienen una temperatura suave.

Venus Tierra

VENUS

Es visible al amanecer o al atardecer. Es un planeta que gira en sentido contrario a la rotación de la Tierra.

Ha tenido actividad volcánica reciente. Su densa atmósfera de CO2 y nubes corrosivas de ácido sulfúrico, que generan un potente efecto invernadero, son la causa de su elevada temperatura. Distancia al Sol: 108 000 000 km (0,72 ua). Carece de satélites.

MARTE

Su atmósfera es muy ligera, tiene hielo en el subsuelo y en los polos (bajo el hielo hay agua líquida) y profundos cañones y valles en la superficie.

Tuvo actividad volcánica en el pasado (el Monte Olimpo es el volcán más alto del sistema solar), así como agua líquida y una temperatura más suave. Tal vez pudo desarrollarse la vida, pero no se ha confirmado. Distancia al Sol: 228 000 000 km (1,52 ua). Posee dos satélites: Deimos y Fobos.

Júpiter

Cometa

Sol

Mercurio Venus

Tierra Marte

Ceres

Nube de Oort

Cinturón principal de asteroides

Marte Ceres

Saturno Urano

CERES

Su naturaleza es rocosa y hay indicios de que podría tener agua y una débil atmósfera. Es un planeta enano que se encuentra en el cinturón principal de asteroides (antes se consideraba el mayor de ellos), a unos 413 000 000 km (2,76 ua) del Sol. Tiene un diámetro de unos 940 km.

JÚPITER

Es el planeta más grande del sistema solar. Es de naturaleza gaseosa y posee anillos tenues. En su órbita le acompañan un conjunto de asteroides llamados «Troyanos». Se aprecian bandas de nubes de distintas tonalidades en su atmósfera, donde se generan ciclones, como la Gran Mancha Roja, con vientos de más de 600 km/h. Distancia al Sol: 780 000 000 km (5,20 ua). Posee 16 satélites, los mayores son Io, Europa, Ganímedes y Calixto.

NEPTUNO

Posee un tenue sistema de anillos y su tamaño y composición son similares a los de Urano, pero su núcleo es caliente. El calor que se desprende genera vientos huracanados en su atmósfera y gigantescos torbellinos parecidos a los de Júpiter. Su superficie es de color azulado a causa de las nubes de metano congelado, con manchas tenues correspondientes a los ciclones. Distancia al Sol: 4 415 000 000 km (30,1 ua). Posee 8 satélites, los mayores son Proteo y Tritón.

SATURNO

Es el segundo planeta más grande y su composición es similar a la de Júpiter, aunque menos denso (flotaría en el agua). Los vientos pueden ser aún más fuertes y alcanzar los 1 300 km/h.

Lo más característico son los miles de anillos que giran a su alrededor, formados por una delgada capa de fragmentos de rocas, polvo y hielo. Distancia al Sol: 1 431 000 000 km (9,54 ua). Posee 18 satélites, los mayores son Titán y Rea.

PLUTÓN

Su interior es rocoso, recubierto de un manto helado de agua, metano, nitrógeno y monóxido de carbono. Es el prototipo de los plutoides. Su diámetro es de 2 370 km y la distancia al Sol es de 5 900 000 000 km (39,4 ua). Tiene una luna: Caronte.

ERIS

Es otro plutoide, cuya composición se supone parecida a la de Plutón. Se encuentra a 14 400 km (97 ua) del Sol y su diámetro es de 2 400 km. Tiene una luna: Disnomia.

URANO

Posee un tenue sistema de anillos y gira «tumbado», tal vez a causa del impacto con un antiguo planeta en su fase de formación, y en sentido contrario al de la rotación de la Tierra. Su superficie es de color verdoso a causa de las nubes de metano. Distancia al Sol: 2 880 000 000 km (19,2 ua). Posee 15 satélites, los mayores son Oberón y Titania.

Saturno

Urano

Neptuno

Plutón

Eris

Cinturón de Kuiper

Nube de Oort

Objetos transneptunianos

¿Cómo se sitúan los planetas en el sistema solar? Modelos geocéntrico y heliocéntrico

Aristarco de Samos, científico jonio, estableció por primera vez en el año 280 a. C. que la Tierra, junto con los demás planetas, giraba alrededor del Sol. A pesar de ello, 300 años más tarde Claudio Ptolomeo (100-170 d. C.) consagró el modelo geocéntrico, que permitía explicar el aparente movimiento de los planetas: la Tierra se encontraba en el centro del universo y el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas giraban a su alrededor.

Hubo que esperar 1 800 años a que Nicolás Copérnico (1473-1543) negara la aparente evidencia de que el Sol «sale» por el este y «se pone» por el oeste y expusiera sus cálculos matemáticos, que establecían el modelo heliocéntrico y devolvían el Sol a su posición central, con los planetas girando a su alrededor.

Años más tarde, Johannes Kepler (1571-1630) descubrió que las órbitas de los planetas no eran circulares, como sugería Copérnico, sino elípticas.

Por esas mismas fechas, Galileo Galilei (1564-1642) construyó el primer telescopio y descubrió que las cuatro lunas principales de Júpiter orbitaban a su alrededor. Apoyó el modelo heliocéntrico y desafió al poder eclesiástico, por lo que fue obligado a retractarse de sus ideas públicamente. En 1992, la Iglesia católica pidió perdón y lo rehabilitó.

En 1667, Isaac Newton explicó la causa del movimiento de los astros que orbitan alrededor del Sol mediante su teoría de la gravitación universal: a partir de ese momento, el modelo heliocéntrico ya fue universalmente aceptado.

e3. Julio afirma que todos los planetas del sistema solar poseen un movimiento de rotación similar. Diana ha observado que hay dos planetas que presentan mayores diferencias que los demás en cuanto al movimiento de rotación.

¿Sabrías decir cuáles son esos planetas y en qué se distinguen del resto respecto de este tipo de movimiento?

Marcia Neugebauer

Geofísica estadounidense (1932)

Es la primera científica que realizó mediciones del viento generado por las erupciones solares. Desarrolló gran parte de su actividad científica como investigadora en la NASA, donde contribuyó notablemente a la creación de instrumentos espaciales para la medición del viento solar.

Participó en el lanzamiento de diversas sondas espaciales, como la Mariner 2, que analizó las propiedades del viento solar; la misión OGO 5 para el estudio de la magnetosfera terrestre; y la misión Giotto, para la investigación del cometa Halley. Ha recibido numerosos premios y distinciones.

Modelos geocéntrico (A) y heliocéntrico (B). Tierra (1), Luna (2), Mercurio (3), Venus (4), Sol (5), Marte (6), Júpiter (7), Saturno (8) y Estrellas (9).

Planetas enanos y plutoides

Planetas enanos

➜ Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol.

➜ Poseen masa suficiente como para que su propia gravedad les permita tener una forma casi esférica.

➜ Hay otros cuerpos en sus órbitas, no son dominantes de su entorno y no son satélites.

➜ Describen órbitas alrededor del Sol muy elípticas e inclinadas (1).

➜ Un ejemplo, es el planeta Ceres localizado en el cinturón principal de asteroides.

Plutoides

Son planetas enanos similares a Plutón y ubicados entre los objetos transneptunianos, que son aquellos situados más allá de Neptuno, en el cinturón de Kuiper (como Haumea y Makemake), en el disco disperso (Eris) o en la nube de Oort (Sedna y el supuesto Planeta 9 o Phattie).

Satélites y cuerpos pequeños del sistema solar

➜ Los satélites son astros que giran alrededor de los planetas.

➜ Los cuerpos pequeños del sistema solar incluyen todos los demás cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol: cometas, asteroides y meteoroides.

LOCALIZACIÓN DE LOS COMETAS, ASTEROIDES Y METEOROIDES

Cinturón principal de asteroides

Localizado entre las órbitas de Marte y Júpiter.

Es el segundo cinturón de asteroides, situado más allá de la órbita de Neptuno.

Es la región ubicada entre el cinturón de Kuiper y la nube de Oort. Contiene planetas enanos de tipo plutoide y cuerpos pequeños del sistema solar.

Se encuentra en los confines del sistema solar, donde se acumulan fragmentos de hielo, moléculas orgánicas y polvo cósmico residuales de la primitiva nebulosa que dio origen al sistema solar.

ASTEROIDES, METEOROIDES, METEOROS Y METEORITOS

Asteroides Meteoros Meteoroides Meteoritos

Son fragmentos rocosos y metálicos que orbitan alrededor del Sol, tanto en el cinturón principal de asteroides, entre Marte y Júpiter, como en el cinturón de Kuiper.

Son fragmentos de planetas, asteroides, cometas o satélites más pequeños que los asteroides.

Se definen como objetos naturales sólidos de un tamaño aproximado de entre 30 μm y 1 m que se mueven o provienen del espacio interplanetario.

Las partículas por debajo de los 30 μm forman parte del polvo cósmico.

Son asteroides o meteoroides que entran en contacto con la atmósfera terrestre y se vaporizan debido al fuerte rozamiento que experimentan.

Estrellas fugaces. Son meteoros incandescentes, procedentes de partículas dispersadas por la cola de un cometa, que dejan tras de sí un trazo luminoso. Ocasionan lluvias de estrellas.

Bólidos. Son meteoros muy brillantes y de un tamaño considerable, que pueden estallar.

Son asteroides o meteoroides de mayor tamaño que no se desintegran del todo y caen en la superficie del planeta, pulverizándose y formando un cráter de impacto.

Los meteoritos de gran tamaño pueden provocar cambios climáticos, ya que las partículas de polvo desprendidas por el impacto oscurecerían el cielo, y la Tierra se sumiría en un largo invierno que pondría en peligro la supervivencia de los seres vivos.

4. Algunos cometas y asteroides, como Apolo (1), Eros (2), Amor (3), Adonis (4), Hidalgo (5) o Icarus (6), localizados en el cinturón principal de asteroides, describen órbitas alrededor del Sol muy elípticas e inclinadas con respecto a las órbitas de los planetas:

¿Qué consecuencias puede tener este hecho para la vida de nuestro planeta?

Marte Tierra

Sol

Mercurio Venus Júpiter

Cinturón de asteroides

Meteorito

Asteroides y meteoroides

Meteoros (estrellas fugaces)

Meteoro (bólido)

Atmósfera terrestre

Impacto de meteorito

Cráter Meteor en Winslow, en Arizona (EE.UU.)

Asteroides, meteoroides, meteoritos y meteoros.

COMETAS

Son cuerpos primitivos y de pequeño tamaño formados por un conglomerado de material rocoso, polvo cósmico, hielo y moléculas orgánicas, de ahí que se los llame «bolas de nieve sucia». Algunos tienen su origen en el cinturón de Kuiper y en el disco disperso, pero la mayoría proceden de la lejana nube de Oort, una gigantesca burbuja que rodea el sistema solar donde existen cientos de millones de núcleos de cometas.

La influencia gravitatoria de una estrella cercana puede perturbar alguno de estos núcleos, y hacer que se precipite hacia el interior del sistema solar. En su trayectoria de acercamiento al Sol describe una órbita muy elíptica y alargada, que puede cruzarse con las órbitas de los planetas o de sus satélites y colisionar con ellos.

Los cometas mientras se desplazan son invisibles, pero, a medida que se acercan al Sol, se convierten en un cuerpo celeste, ya que el calor vaporiza su núcleo helado, de donde salen chorros de gas y polvo que dejan una estela, que es la cola del cometa, y que puede medir millones de kilómetros.

Algunos cometas describen una órbita cercana a la Tierra y «nos visitan» de forma periódica, como es el caso del Halley, que lo hace cada 76 años, o el Swift-Tuttle, cada 120

Origen de los cometas. Se forman en el cinturón de Kuiper (1), en el disco disperso (2) y en la nube de Oort (3).

Planeta Día Año

Mercurio 59 días 0,241 años (88 días)

Venus 243 días 0,616 años (225 días)

Tierra 1 día 1 año (365 días)

5. La tabla de la derecha muestra la duración del día (en días terrestres) y del año (en años terrestres) en los planetas del sistema solar.

¿De qué depende la duración del día y del año en cada uno de los planetas?

Marte 1,03 días 1,881 años

Júpiter 0,41 días 11,86 años

Saturno 0,45 días 29,56 años

Urano 0,72 días 84,01 años

Neptuno 0,67 días 164,8 años

años.

1

2

Nube de Oort

Cinturón de Kuiper

Disco disperso

Neptuno

Marte Júpiter Mercurio Urano

Cinturón de asteroides

Cabellera

Cabeza

Núcleo (helado y rocoso)

¿Cómo se formaron la Tierra y la Luna?

La Tierra y la Luna: un origen catastrófico

Entra en la web de Bruño para observar cómo se originaron la Tierra y la Luna. La Tierra después de su nacimiento tenía un aspecto muy distinto del que conoces en la actualidad. Durante millones de años, ella y el resto de los planetas y satélites se mantuvieron en estado de fusión.

a ¿Por qué no había oxígeno en la atmósfera terrestre primitiva?

b ¿Crees que la Luna tiene atmósfera? ¿Y agua?

El origen de la Luna

Hace unos 4 600 Ma colisionó con la Tierra (1) un supuesto planeta del tamaño de Marte (2), denominado Theia, que liberó al espacio gran cantidad de fragmentos rocosos.

Estos materiales en estado fundido quedaron orbitando alrededor de nuestro planeta (3), atraídos por la gravedad

La formación de la Tierra

Hace unos 4 600 millones de años se formó la Tierra; los impactos de los planetesimales (1), junto con el calor desprendido por la desintegración de elementos radiactivos del interior terrestre, la mantuvieron a ella y al resto de los planetas en estado de fusión (2), lo que permitió su diferenciación por densidades:

➜ Los elementos pesados, como el níquel y el hierro, se hundieron hacia el centro y formaron el núcleo (3).

➜ Sobre el núcleo se situaron otros materiales menos densos, originando el manto (4).

➜ Los materiales más ligeros (silicatos), emigraron hacia la superficie y se fueron enfriando hasta formar una corteza sólida (5).

Cuando los impactos de los planetesimales se hicieron menos frecuentes, la superficie del planeta fue enfriándose poco a poco.

La gran actividad volcánica de la Tierra primitiva expulsó grandes cantidades de vapor de agua que, junto con la que aportaron los cometas y meteoritos, originaron el agua de la hidrosfera (6).

Otros gases, también liberados por las emanaciones volcánicas, fueron retenidos por la fuerza gravitatoria del planeta y formaron la

¿Cuál pudo ser el origen de la vida en la Tierra?

¿Es la vida un imperativo cósmico?

Entra en la web de Bruño para observar cómo pudo surgir la vida en la Tierra. Aunque no existe un modelo generalizado que explique el origen de la vida, los datos aportados por la astrobiología, los hallazgos encontrados en los meteoritos, los experimentos que simulan las condiciones de la Tierra primitiva por medio de ordenadores (experimentos in silico) y la recreación en el laboratorio de las reacciones químicas hipotéticas que especulan sobre la posible transición de la materia inanimada a la vida (experimentos in vitro) sugieren que la respuesta al enigma de la existencia de vida se halla en la combinación de factores terrestres y extraterrestres.

a ¿Se podría recrear un ambiente óptimo para la vida en un planeta o satélite?

Para comprender los orígenes cósmicos de la vida, debes plantearte las siguientes preguntas: ¿El universo está lleno de vida, porque se trata de un imperativo cósmico, un proceso químico inevitable cuando se dan las condiciones necesarias?, ¿cómo surgió la vida en la Tierra?, ¿existe vida en alguna parte del universo además de en la Tierra?, ¿qué condiciones debe reunir un planeta para que pueda albergar vida?

La astrobiología es una disciplina que integra conocimientos de física, geología, astronomía, química, biología, ingeniería, etc., y que trata de dar respuesta a estos interrogantes ya que estudia el origen, la evolución, la distribución y el destino de la vida en el universo.

La vida es una propiedad emergente

La vida es una propiedad que surge de las interacciones moleculares que se establecen entre los componentes organizados de un sistema complejo, capaces de utilizar una fuente de energía.

Los astrobiólogos, con los radiotelescopios (1), escrutan el firmamento en busca de moléculas orgánicas sintetizadas en las nubes interestelares (2). Han identificado decenas de ellas, como el formaldehído y el ácido cianhídrico, y han demostrado que la química orgánica es universal.

6. Un sistema se identifica por sus propiedades emergentes, llamadas así porque solo se ponen de manifiesto o emergen cuando el sistema se encuentra en funcionamiento. Por ejemplo, un automóvil es un sistema cuya propiedad emergente es la de ser utilizado para el transporte mediante su movimiento. Pero los elementos o partes que lo componen (motor, volante, asientos, frenos, etc.), por sí solos, no tienen la propiedad del coche, es decir, del sistema.

Esta propiedad solo emerge cuando los elementos interactúan para que funcione, es decir, cuando el motor arranca y el automóvil se desplaza.

a) ¿Qué significa el hecho de que la vida sea una propiedad emergente?

b) ¿Crees que la vida puede surgir a partir de la ausencia de vida?

Radiotelescopio localizado en el Observatorio de Sierra Nevada (OSN, Granada).

Es probable que la vida pueda surgir en cualquier planeta, situado en una región denominada zona de habitabilidad, que reúna las mismas condiciones de la Tierra primitiva.

Es una región situada en el disco de la galaxia (en nuestro caso es la Vía Láctea), entre 15 000 y 38 000 años luz del núcleo galáctico, donde la probabilidad de que exista vida es mayor, ya que se dan las condiciones más favorables para su aparición.

Se encuentra alejada de la intensa radiación que emite el núcleo de la galaxia y de las regiones donde hay una constante actividad de formación de estrellas.

Órbita de Marte

La terraformación

Es el conjunto de procedimientos que permitirían recrear en un planeta o satélite natural las condiciones ambientales óptimas para la vida.

Para crear una biosfera, primero se debe generar una atmósfera similar a la terrestre y calentar el planeta hasta una temperatura media de unos 15 ºC.

Marte es uno de los planetas candidatos para modificar su entorno (1): tiene hielo en el subsuelo y en los polos (bajo el hielo hay agua líquida).

Es una región privilegiada para el nacimiento y la evolución de la vida, situada alrededor de una estrella y a cierta distancia de ella, en función de su tamaño y temperatura, donde orbitan uno o más planetas cuyas condiciones climáticas posibilitan que exista agua en estado líquido en su superficie.

Condiciones que debe reunir un planeta para albergar vida

➜ Encontrarse en las zonas de habitabilidad galáctica y estelar, a cierta distancia de la estrella: más cerca, la temperatura sería tan alta que toda el agua estaría en fase de vapor, como en Venus; más lejos, las bajas temperaturas mantendrían el agua en forma de hielo, como en Marte.

➜ Poseer un tamaño y una masa determinados que generen la fuerza de gravedad suficiente para retener los gases y generar una atmósfera, imprescindible para la aparición y el mantenimiento de la vida.

➜ Presentar dinámica interna (tectónica de placas), responsable de la creación de la magnetosfera que proteja del viento solar; y de la actividad volcánica, que emita dióxido de carbono (CO2) y produzca un efecto invernadero capaz de mantener una temperatura media de unos 15 ºC, adecuada para la vida.

➜ Disponer de oxígeno atmosférico (aunque algunos no lo requieren, como las bacterias anaerobias), necesario para que surjan evolutivamente organismos pluricelulares más complejos, y para formar este gas hacen falta organismos fotosintéticos que consuman CO2

¿Qué es la zona de habitabilidad?

Demasiado frío

Demasiado cálido

Órbita de Tierra

Órbita de Venus Órbita de Mercurio

Zona de habitabilidad estelar

Zona de habitabilidad galáctica

Sol

Marte Tierra Venus Mercurio

Hasta mediados del siglo xix, las únicas teorías admitidas por la comunidad científica sobre el origen de la vida en la Tierra eran el creacionismo y la teoría de la generación espontánea. Según estas, los seres humanos y los animales de mayor envergadura fueron creados por un ser sobrenatural todopoderoso, mientras que los organismos más sencillos (ratones, anfibios o insectos) surgieron del fango y de la materia orgánica en descomposición por generación espontánea.

Experimento de Redi

Francesco Redi (1626-1697) llevó a cabo el siguiente experimento:

1. Colocó trozos de carne y de pescado en tres recipientes.

e

7. Si fueras un explorador espacial, deberías tener en cuenta que los posibles mundos candidatos para albergar vida deben reunir una serie de condiciones. ¿Qué características se dan en la Tierra que no se dan en otros planetas y que permiten el desarrollo de la vida en ella?

A. Lo tapó de forma hermética con un corcho.

B. Lo dejó abierto.

2. Al cabo de varios días, la carne y el pescado se habían podrido en los tres frascos, pero solo crecieron larvas de mosca sobre la carne del recipiente abierto (B) y encima de la gasa del recipiente C.

Demostró que las larvas no aparecían por generación espontánea, sino que procedían de los huevos puestos por las moscas atraídas por la putrefacción.

Experimento de Pasteur

8. Trabajad por parejas y buscad información sobre las repercusiones que tuvo el experimento de Pasteur en la posterior evolución de la medicina y en la prevención y el tratamiento de las enfermedades infecciosas. Exponed vuestros resultados al resto de la clase.

Louis Pasteur (1822-1895) planteó, en 1860, que no existe la generación espontánea, ya que los microorganismos aparecen porque son transportados por el aire: la vida solo puede ser engendrada por otra forma de vida anterior a ella. Para demostrarlo, realizó el siguiente experimento:

El aire penetra por el extremo abierto.

1. Introdujo caldo de carne en un matraz.

2. Con la llama estiró y curvó el cuello del matraz en forma de «S».

3. Calentó el matraz para esterilizarlo.

4. En el interior no se desarrolló ningún microorganismo, ya que quedaban atrapados en la curvatura.

5. El líquido permaneció estéril hasta que Pasteur inclinó el matraz para que entrara caldo en el cuello curvado.

6. Cuando enderezó el matraz, el crecimiento bacteriano rápidamente enturbió todo el caldo.

¿Conoces las teorías sobre el origen de la vida?

C. Lo cubrió con un trozo de gasa atada.

Los extremófilos

El río Tinto (Huelva) (A) alberga formas de vida microscópica similares a las que pueden darse en otros planetas. Su tonalidad rojiza y su grado de acidez se deben a la actividad de los microorganismos extremófilos, capaces de alimentarse con los sulfuros metálicos que contiene.

La abiogénesis (también llamada evolución química o síntesis prebiótica) es el proceso que permitió la aparición de moléculas orgánicas, base de la vida, en la Tierra primitiva a partir de materia inerte mediante reacciones químicas, en un momento en el que la atmósfera presentaba unas condiciones muy distintas a las actuales.

Este proceso pudo tener lugar de dos maneras:

➜ A partir de aportaciones exógenas de las nubes interestelares.

➜ A partir de sustancias orgánicas que pudieron formarse en diversos ambientes de la Tierra primitiva.

El progresivo aumento de la complejidad molecular, desde la materia inorgánica hasta las primeras células vivas, pudo desarrollarse en varias etapas: síntesis prebiótica, polimerización y emergencia de sistemas moleculares organizados, surgimiento de protocélulas y estructuración celular y emergencia de la vida.

Síntesis prebiótica

Entre las hipótesis que tratan de explicar el origen de las primeras moléculas orgánicas, destacan fundamentalmente tres:

Debido a la abundante cantidad de azufre y hierro que existe en este lugar, ambos elementos frecuentes en Marte y a las peculiares comunidades de seres vivos que habitan en el río Tinto, puede servir de modelo a los astrobiólogos de la NASA para corroborar la hipótesis de que, si en este planeta hubo alguna vez vida, pudo ser microscópica y capaz de utilizar estos elementos químicos.

Hipótesis de las fuentes hidrotermales

En las zonas próximas a las dorsales oceánicas, el agua se filtra, se convierte en vapor de agua y al ascender disuelve los minerales que encuentra, hasta que escapa por las fisuras del fondo oceánico y origina fuentes hidrotermales o fumarolas (1), que son el origen de yacimientos minerales y fuente de vida de los ecosistemas submarinos asociados a las dorsales: gusanos tubícolas, mejillones, cangrejos y almejas gigantes, todos blancos; colonias de cnidarios, etc.

Es posible que en estos ambientes tuviese lugar la síntesis prebiótica de moléculas orgánicas, gracias a la presencia de componentes en estado reducido, ya que la vida puede prosperar en ambientes muy extremos.

9. Esta molécula orgánica es un nucleótido denominado adenosín trifosfato (ATP, en su sigla inglesa). ¿Qué nombres reciben los elementos químicos que intervienen en su formación y de qué moléculas inorgánicas podrían proceder?

En estos lugares, de oscuridad absoluta y temperaturas muy altas, las fuentes hidrotermales emiten gases procedentes de la actividad magmática de la dorsal (H2, CO2, CH4 y H2S), que, disueltos en agua y en condiciones extremas, burbujean a través de cavidades ricas en piritas (sulfuros de hierro), cuyas superficies metálicas son capaces de catalizar la formación de moléculas orgánicas sencillas.

¿En qué consiste la abiogénesis o evolución química?

Hipótesis de la sopa primordial

El bioquímico ruso Alexander Oparin y el fisiólogo británico John B. Sanderson Haldane expusieron en 1929, aunque de manera independiente, esta hipótesis. Ellos proponen que las evidencias del origen de la vida hay que buscarlas en las pequeñas moléculas gaseosas presentes en la atmósfera primitiva y en las condiciones ambientales de la Tierra hace unos 4 600 Ma. La hipótesis de la sopa primordial ganó credibilidad con los experimentos diseñados por Stanley Miller y Harold Clayton Urey, Juan Oró, Robert Shapiro, John Sutherland, Günter Wächtershäuser y otros.

➜ Sugirieron que la atmósfera primitiva debió de ser distinta a la actual, carente de oxígeno y sin capa de ozono, y muy rica en gases reducidos, como el amoniaco (NH3), el metano (CH4), el sulfuro de hidrógeno (H2S), el dióxido de carbono (CO2) y el vapor de agua (H2O).

3. Mediante unos electrodos, hicieron pasar descargas eléctricas a través de la mezcla.

➜ La falta de oxígeno, debido a que se combinaba con otros elementos para formar óxidos, permitió que la atmósfera tuviera carácter reductor, necesario para la estabilidad de las futuras moléculas orgánicas.

➜ Es probable que estos compuestos gaseosos de la atmósfera fueran bombardeados por radiación ultravioleta, rayos cósmicos, chispas eléctricas de las tormentas, etc., que formaron, espontáneamente, las biomoléculas propias de todos los seres vivos (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos...).

➜ Estas sustancias químicas se disolvieron en el mar, y dieron lugar a la sopa o caldo primordial, un conjunto de moléculas orgánicas disueltas en el agua de los mares primitivos. Y, tal vez, en algunas charcas intermareales calentadas por la actividad volcánica, se concentraron y reaccionaron unas con otras, originando compuestos más complejos.

4. Enfriaron la mezcla de sustancias.

5. Comprobaron que se habían sintetizado algunas moléculas características de la materia viva, como los aminoácidos.

2. Introdujeron una mezcla de gases similares a los que debían de existir en la atmósfera primitiva (metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua).

Trampa. Quedan atrapados los residuos y moléculas.

Experimento de Miller-Urey. En la actualidad, los científicos consideran que la atmósfera primitiva no era tan reductora y que la mezcla de gases que Miller y Urey introdujeron en el matraz no representaba a los componentes de esta primera atmósfera. Aun así, este experimento realizado en 1952 sirvió para destacar que es posible sintetizar moléculas orgánicas a partir de los gases atmosféricos en ausencia de enzimas.

10. Laura quiere ser astrobióloga. ¿Qué estudia la astrobiología?

11. ¿Cómo se complementan las hipótesis de las fuentes hidrotermales y de la sopa primordial?

12. ¿Qué crítica se le hace al experimento de Miller-Urey?

1. Hirvieron agua en un matraz.

Hipótesis de la panspermia

Propuesta inicialmente por Horst-Eberhard Richter en 1865 y desarrollada por Svante August Arrhenius en 1906, sugiere que la vida es de origen extraterrestre, es decir, que podría haber surgido en un lugar determinado y después desplazarse a otros planetas habitables. Juan Oró, Carl Sagan, Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe apoyan esta teoría.

Por ello, la astrobiología propone que la existencia de vida se debe a un conjunto de procesos:

➜ Síntesis de materia orgánica en las nubes interestelares. Los astrobiólogos han detectado sustancias en las nubes densas del espacio interestelar: H2O, polvo cósmico y moléculas orgánicas (fullerenos, etano, aminoácidos, acetileno, ácido cianhídrico, monóxido de carbono, ácido fórmico, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), precursores del ARN, etc.). Estas moléculas orgánicas se forman mediante reacciones entre moléculas ionizadas por la acción de los rayos cósmicos galácticos, procedentes de alguna supernova (1), que calientan e ionizan los componentes moleculares gaseosos de las nubes interestelares (2).

➜ Bombardeo de meteoritos, cometas y polvo cósmico. Parte de las biomoléculas orgánicas, junto con el agua, pudieron llegar a bordo de cometas, meteoritos y polvo cósmico durante el bombardeo (hace entre 4 600 y 3 800 Ma) que experimentó la Tierra.

• Los aminoácidos, ácidos carboxílicos, purinas, pirimidinas, polialcoholes, hidrocarburos, compuestos derivados de la ribosa y de la desoxirribosa y otras sustancias orgánicas están presentes en algunos meteoritos, como el meteorito Murchison (Australia), de unos 4 600 Ma de antigüedad.

• El polvo cósmico (A) está compuesto por granos de silicatos (1) recubiertos de hielo (2) que contienen en su interior moléculas orgánicas, como metanol (CH3OH) (3), monóxido de carbono (CO) (4), dióxido de carbono (CO2) (5), hidrocarburos aromáticos policíclicos (6), etc.

Ácido fórmico

Polimerización, ARN, proteínas y membranas

Algunas biomoléculas sencillas pudieron experimentar reacciones de polimerización y formar polímeros necesarios para el origen de la vida: los aminoácidos darían lugar a pequeñas cadenas proteicas, y los nucleótidos, a pequeños fragmentos de ácidos ribonucleicos (ARN). Estas moléculas tienen la capacidad de:

➜ Almacenar información genética (se comportan como genes).

➜ Manifestar actividad enzimática (las ribozimas) y catalizar determinadas reacciones, lo que constituye la base del metabolismo.

➜ Autorreplicarse y originar copias idénticas, fundamento de la reproducción.

Se pudieron formar fosfolípidos, que se autoensamblaron para formar bicapas y se convirtieron en vesículas membranosas capaces de diferenciar el medio acuoso interno del ambiente externo.

Polimerización

La polimerización pudo ser protegida de la degradación por la acción catalítica de las superficies minerales, localizadas en el fondo de los mares primitivos y calentadas por manantiales termales:

➜ La estructura en capas de las arcillas (zeolita) ofrece una enorme superficie de adsorción donde se fijan los nucleótidos, y presenta iones metálicos

13. A Elvira le gusta conversar de ciencia con su amigo Gerardo. Pero casi nunca están de acuerdo: Elvira sugiere que las protocélulas primitivas contenían ADN, mientras que Gerardo afirma que poseían ARN, porque tiene una capacidad que no tiene el ADN.

¿Quién lleva razón y cuál es esa capacidad de la que hablan?

que pudieron actuar como centros catalíticos para la síntesis y polimerización de moléculas como el ARN.

➜ Las superficies rugosas de los feldespatos poseen pequeñas cavernas que podrían albergar moléculas orgánicas y protegerlas de las radiaciones destructivas.

¿Cómo se organizaron las protocélulas?

Los polímeros sintetizados se ensamblaron y originaron protocélulas, formadas por vesículas membranosas de agua con moléculas de ARN autorreplicantes en su interior y capacidad enzimática. Estas protocélulas desarrollaron un metabolismo rudimentario y evolucionaron a células vivas.

Algunos investigadores proponen que lo que emergió en primer lugar dentro de la protocélula fue el metabolismo; otros afirman que fue el ARN autorreplicante (el «gen»).

5. Cuando alcanzase un tamaño determinado, la protocélula se dividiría en dos hijas, cada una con una cadena de ARN.

1. En las zonas frías (A), las cadenas de ARN autorreplicante de la protocélula actuarían como molde para la síntesis de una hebra complementaria.

2. Se formaría una doble hélice de ARN.

3. En las zonas cálidas (B), se separarían las dos cadenas de ARN.

A. Zona fría Nucleótidos

de ARN separadas

Doble hélice de ARN

B. Zona caliente

4. Crecería la membrana de la protocélula.

Cadena de ARN complementaria

Si la Tierra se formó hace unos 4 600 Ma y la vida emergió en nuestro planeta hace unos 3 800 Ma, ¿qué crees que pudo ocurrir en este viaje de 700 Ma que convirtió las moléculas orgánicas en células vivas?

A continuación, se muestra una propuesta de cómo pudieron evolucionar las protocélulas basadas en el ARN hasta formar las células vivas.

1. La sopa primordial se enriquecería con la materia orgánica sintetizada a partir de los gases de las nubes interestelares, transportada en cometas, meteoritos y polvo cósmico (1a), y con las aportaciones procedentes de los gases atmosféricos (1b) y de las fuentes hidrotermales (1c).

2. Probablemente, tras la síntesis abiótica y la polimerización, el ARN de las protocélulas experimentara mutaciones y comenzara el proceso evolutivo: el ambiente seleccionaría a los mutantes más aptos.

3. Algunas mutaciones convertirían moléculas de ARN en ribozimas con capacidad catalítica para realizar la replicación de la doble hebra del ARN.

4. Otras ribozimas catalizarían reacciones bioquímicas para un desarrollo gradual del metabolismo, hasta que las células pudieron nutrirse de los materiales de su entorno, y obtener energía para la síntesis de nuevos componentes celulares.

5. Un grupo de ribozimas sería capaz de traducir la información genética contenida en las secuencias de nucleótidos del ARN y sintetizaría proteínas (enzimas), dotadas de una gran versatilidad y capacitadas para desarrollar numerosas tareas, como la catálisis enzimática.

7. Un grupo de enzimas se especializarían en la tarea de sintetizar la doble hélice del ADN, una molécula más estable, que con el tiempo sustituiría al ARN en la tarea de almacenar la información genética.

6. Las enzimas están más cualificadas para la catálisis, por lo que sustituirían progresivamente a las ribozimas en las tareas metabólicas.

8. El aumento de la complejidad permitió que, en algún momento, surgieran las primeras células vivas de organización procariota.

¿Cómo evolucionaron las células primitivas?

¿Cuál fue el antepasado procariota común a todas las células actuales?

Entra en la web de Bruño para observar cómo pudieron surgir las primeras células en la Tierra. La vida constituye un fenómeno tal vez inevitable en las condiciones iniciales y que resulta irrepetible, ya que, cuando hizo su aparición en la Tierra, modificó la atmósfera del planeta y destruyó así las condiciones que habían hecho posible su propia aparición.

a Buscad información sobre el posible origen de los yacimientos de hierro bandeado.

La vida surgió en la Tierra hace unos 3 800 Ma cuando la materia inanimada, generada por la evolución molecular de los componentes de las fuentes hidrotermales, la sopa primordial y la panspermia, se transformó en célula viva.

1. Se ensambló, de forma espontánea, una vesícula membranosa que separó el medio externo del interno, lo que favoreció la existencia del ARN autorreplicante con capacidad catalítica.

2. La aparición de un metabolismo rudimentario permitió a la célula ancestral obtener energía (nutrición) y utilizarla para crecer, reproducirse, responder a las variaciones del ambiente (relación), mantener su medio intracelular en condiciones relativamente constantes (homeostasis), adaptarse a los cambios ambientales y evolucionar.

Los primitivos heterótrofos anaerobios

Debido a que las primeras células se originaron en un mar de moléculas orgánicas, probablemente fueron bacterias heterótrofas fermentadoras anaerobias, capaces de obtener alimento y energía de moléculas orgánicas que flotaban en la superficie de la sopa primordial mediante procesos de fermentación en ausencia de oxígeno.

El «descubrimiento» de la fotosíntesis

Estas primitivas o primeras células heterótrofas se verían obligadas a competir entre sí para conseguir alimento y habrían muerto de hambre o devoradas unas por otras, si no fuera porque la evolución celular generó las cianobacterias, y con ellas la fotosíntesis.

La fotosíntesis les permitiría usar la energía solar, gracias a la clorofila, para convertir el dióxido de carbono en glúcidos mediante una reacción que libera oxígeno como producto residual. Sin embargo, el oxígeno, con gran poder oxidante, fue mortal para las células heterótrofas anaerobias. Este gas se acumuló progresivamente en la troposfera y en la estratosfera (en forma de ozono) y modificó la composición atmosférica.

14. Los estromatolitos (1) son estructuras columnares estratificadas que se forman en ciertos lugares con aguas poco profundas.

a) ¿Qué microorganismos intervienen en su formación?

b) Trabajad por parejas y buscad información sobre la edad que tienen los estromatolitos fósiles más antiguos.

15. ¿Qué supuso para la Tierra primitiva la aparición de las cianobacterias?

Lynn Margulis

Bióloga estadounidense (1938-2011)

Colaboró con James E. Lovelock en la «hipótesis de Gaia», y con Richard V. Schwartz, en la clasificación de los seres vivos en cinco reinos o categorías taxonómicas. «Todos somos comunidades de microbios; cada planta y cada animal en la Tierra es hoy producto de la simbiosis», afirmaba. Sus ideas sobre el origen endosimbionte de la célula eucariota y el papel de la simbiogénesis como fuerza rectora de la evolución han sido a veces controvertidas, pero fomentaron el pensamiento crítico en la investigación científica, con frecuencia excesivamente monolítica, y han transformado nuestra manera de concebir la vida en la Tierra.

La revolución del oxígeno: los aerobios

La liberación del oxígeno fotosintético transformó la atmósfera primitiva reductora en una nueva, similar a la actual. La capa de ozono disminuyó la intensidad de la radiación ultravioleta que llegaba a la Tierra, lo que permitió que las formas de vida primitivas colonizaran la superficie.

Muchas de las células existentes hasta ese momento desaparecieron y otras consiguieron adaptarse y se transformaron en bacterias heterótrofas aerobias, que empleaban este oxígeno atmosférico para extraer más energía de la misma cantidad de alimento. Así surgió la respiración celular, que libera CO2 como producto residual.

Heterótrofos y fotosintéticos han evolucionado conjuntamente: los animales y demás heterótrofos utilizan «polución fotosintética» (O2) y las plantas y otros fotosintéticos consumen «polución animal» (CO2).

¿Cómo se originaron las células eucariotas?

La teoría de la endosimbiosis seriada, propuesta por Lynn Margulis, describe el paso de células procariotas a células eucariotas mediante la sucesiva incorporación simbiogenética de diferentes bacterias de vida libre, de manera que, con cada incorporación, los genomas de los organismos simbiontes se integran y pasan a formar parte del nuevo individuo resultante.

Invaginaciones de la membrana plasmática

1. Probablemente, los sistemas internos de membrana de las células eucariotas, como el retículo endoplasmático, se formaron por invaginaciones y plegamientos progresivos de la membrana plasmática. Otros orgánulos celulares pudieron surgir como consecuencia de los procesos simbiogenéticos.

2. Varias células procariotas (A) podrían haber sido fagocitadas por otra célula procariota hospedadora de mayor tamaño, probablemente una arquea (B), y con el tiempo, los huéspedes y el hospedador interaccionarían en beneficio mutuo, hasta que esta relación se convirtió en una simbiosis (C).

16. Los procariotas primitivos tal vez desarrollaron sistemas de depredación, similares al del protozoo Didinium (1), que devora al protozoo Paramecium (2) como puedes observar en la imagen de la derecha.

¿Qué nombre recibe este modo de depredación?

Célula procariota ancestral

Bacterias aerobias

Célula eucariota

Incorporaciones simbiogenéticas que condujeron a la formación de las primitivas células eucariotas Según la hipótesis de la endosimbiosis seriada, en primer lugar, un tipo de arquea fermentadora (1), que utilizaba el azufre y el calor como fuentes de energía, tal vez perdió la pared celular y experimentó un aumento de su tamaño, acompañado por las invaginaciones progresivas de la membrana plasmática (2). Esto incrementó su superficie celular y el desarrollo de los sistemas internos

17. Los primitivos organismos aerobios lograron adaptarse a la atmósfera con oxígeno. ¿Qué capacidades ventajosas desarrollaron como consecuencia de esa adaptación?

18. ¿Cuál fue el origen del retículo endoplasmático, el núcleo, el citoesqueleto, las mitocondrias, los peroxisomas y los cloroplastos, según la teoría de la endosimbiosis seriada?

Utiliza este mapa mental como modelo de síntesis de la unidad. Completa las ramas que le faltan y dibuja tu propio mapa mental para resumir lo que has aprendido.

19. ¿Cuáles de estas órbitas corresponden a los planetas y cuáles a Plutón y a Eris? ¿Dónde se localizan estos dos plutoides?

22. Este gráfico representa el periodo o tiempo que tardan los planetas en dar una vuelta completa alrededor del Sol, expresado en años terrestres, en relación con sus distancias al Sol, expresadas en unidades astronómicas (ua):

20. A veces, es fue posible ver desde la Tierra el paso del planeta Venus por delante del Sol. Este fenómeno se denomina «tránsito de Venus» y sucede cuando se sitúa entre el Sol y la Tierra.

a) ¿Por qué se observó el «tránsito de Venus» proyectando la imagen en una hoja blanca en lugar de mirar directamente por el telescopio?

b) Si vivieras en el planeta Venus, ¿por dónde verías «salir» el Sol y por dónde «se pondría»?

c) Compara la duración del año en el planeta Venus con la duración del día, expresándolo en ambos casos en días terrestres. ¿A qué conclusión llegas?

21. Los cometas describen órbitas muy elípticas y alargadas alrededor del Sol.

a) ¿Cómo varía la duración del periodo de traslación en relación con la distancia al Sol?

b) Teniendo en cuenta que el planeta enano Ceres se encuentra a 2,76 ua, ¿en qué zona del sistema solar se localiza?

23. Tanto en el mundo inanimado como en el viviente, existe una jerarquía de diversos niveles de complejidad y, por tanto, de organización. Cada cierto tiempo se pasa de un nivel inferior a otro superior y se produce un salto de complejidad.

4 000

2 000 1 000 550 Ma.

a) ¿Cuántos saltos de complejidad aprecias en la siguiente gráfica y qué conclusiones sacas al observar el tiempo que transcurre desde que se produce un salto hasta el siguiente?

24. ¿En qué ambientes pudo tener lugar la abiogénesis, es decir, la síntesis prebiótica de moléculas orgánicas precursoras de la vida?

¿Por qué solo son visibles cuando se acercan al Sol? ¿Qué relación tiene la cola de un cometa con la aparición de estrellas fugaces?

¿Qué papel pudieron desempeñar las arcillas, las piritas o los feldespatos en la emergencia de sistemas moleculares organizados?

Venus

Superficie del Sol

Aprendo a construir un modelo del sistema solar a escala

Para hacerte una idea aproximada de los tamaños relativos en el sistema solar, tienes que hacer un modelo a escala.

Para ello, debes reducir las dimensiones de todos sus componentes dividiendo el diámetro del Sol y el de todos los planetas por un factor de, por ejemplo, mil millones (1 000 000 000).

Así, el Sol podría ser un gigantesco balón de playa de 1,4 metros de diámetro, y los planetas, tal vez puedas encontrarlos en tu nevera, como se indica a continuación:

a) Sitúa los elementos de este modelo a las distancias adecuadas para que los planetas mantengan la escala de las distancias al Sol, en unidades astronómicas.

Extraigo la información de una ilustración y la utilizo para comparar las zonas de habitabilidad de dos estrellas

Compara las distancias a su correspondiente estrella de las zonas de habitabilidad del Sol y de una estrella llamada Gliese 581, una enana roja que posee seis planetas girando a su alrededor, llamados Gliese e, b, c, g, d y f.

a) ¿Qué es la zona de habitabilidad estelar?

b) Teniendo en cuenta que la estrella Gliese 581 es una enana roja (menos luminosa y más fría que el Sol), cuya masa es un tercio de la masa solar, ¿a qué se debe que las distancias entre las estrellas y las zonas de habitabilidad sean diferentes?

c) ¿Qué planetas del sistema solar y de la estrella Gliese 581 se sitúan en la zona de habitabilidad?

d) ¿En qué consiste la terraformación? ¿Qué planeta del sistema solar es candidato para modificar su entorno?

581

de la estrella (en masas solares) Distancia a la estrella (ua)

Fuente: Un planeta en la zona habitable. ESO (European Southern Observatory)

Zona habitable Posible extensión de la zona habitable debido a varias incertidumbres

En el pasado fueron lanzadas cuatro naves en dirección a las estrellas, las Pioneer («Pioneros») 10 y 11 y las Voyager («Viajeros») 1 y 2 como si fueran «mensajes en una botella» interestelar, ya que eran portadoras de mensajes simbólicos con información sobre la existencia de seres humanos y las posiciones de la Tierra y el Sol a una posible civilización extraterrestre.

El radiotelescopio gigante de Arecibo (Puerto Rico) emitió, en 1974, un mensaje en forma de ondas de radio en dirección al agrupamiento de estrellas conocido como M-13, que dista de nosotros unos 25 000 años luz.

La traducción del mensaje, cifrado en un código binario, daba lugar a un pictograma con datos de los seres humanos y sus conocimientos. Fue diseñado, entre otros, por Carl Sagan y Frank Drake, fundadores del proyecto SETI (del inglés Search for Extra Terrestrial Intelligences).

Recientemente, la sonda Kepler ha rastreado las estrellas cercanas y ha encontrado numerosos exoplanetas, algunos potencialmente habitables. También buscan signos de vida extraterrestre el telescopio espacial Web, la misión Juice (en las lunas de Júpiter) y la sonda Photon (en Venus).

El instituto SETI, junto con otras entidades, ha desarrollado varios proyectos para rastrear el universo en busca de señales de radio que puedan proceder de civilizaciones extraterrestres, como el radiotelescopio ATA (del inglés Allen Telescope Array) y los proyectos SERENDIP, Phoenix, SETI@ home, Cosmic, etc., junto con los proyectos Argus y Galileo.

a) El profesor Francis Drake, en colaboración con otros investigadores, desarrolló la siguiente ecuación:

N = n* · fp · ne · fv · fi · fc · D

Con ella vas a calcular el número de civilizaciones (N) que pueden haber desarrollado en nuestra galaxia una civilización tecnológica similar a la de los seres humanos.

Para ello, asigna los siguientes valores a cada parámetro:

n* = número de estrellas de la Vía Láctea = 10.

fp = fracción de estrellas que poseen sistemas planetarios = 0,5.

ne = número de planetas de un sistema planetario que poseen condiciones ecológicas adecuadas para la vida = 2.

fv = fracción de dichos planetas en los que se ha desarrollado vida = 1.

fi = fracción de dichos planetas habitados en los que se ha desarrollado vida inteligente = 0,01.

fc = fracción de dichos planetas habitados por seres inteligentes que han desarrollado una civilización tecnológica avanzada = 0,01.

D = duración o vida media de una civilización con tecnología avanzada = 10 000.

¿Qué resultado has obtenido?

Estructura de la doble hélice del ADN, una molécula esencial para la vida.

Astros del sistema solar Esquema de radiotelescopio

Mensaje emitido por el radiotelescopio de Arecibo en código binario.

«Mensajes en una botella». Las sondas Pioneer 10 y 11 llevan un mensaje simbólico inscrito en una placa, diseñado por los astrónomos Carl Sagan y Frank Drake. Contiene datos sobre los seres humanos y trata de explicar quiénes somos y dónde estamos a algún tipo de inteligencia extraterrestre que pudiera interceptar la sonda.

Aprendo a interpretar la ecuación de Francis Drake y a realizar cálculos

Ser humano

La humanidad, en ocasiones, es terca con la ciencia

Vas a investigar sobre la intransigencia y la violencia que genera la ignorancia.

Tarea de inicio

No hicimos caso de las investigaciones de Aristarco de Samos (280 a. C.) y durante mucho tiempo nos creímos el ombligo del mundo, es decir, el centro del universo. Pensábamos que todo giraba a nuestro alrededor.

Pasaron muchos siglos, hasta que los cálculos matemáticos de Nicolás Copérnico nos arrebataron esta posición privilegiada. Poco después, la investigación llevada a cabo por Johannes Kepler nos desplazó a una órbita y nos «condenó» a girar eternamente alrededor del Sol. Resignados, hasta principios del siglo xx creíamos vivir en el centro de nuestra galaxia.

Pero, en los años veinte, Harlow Shapley observó, calculó y nos mandó de un plumazo a los suburbios galácticos, a la periferia de uno de sus brazos, a un punto situado a unos 30 000 años luz del centro. Desde aquí, nuestro Sol se vería como una minúscula estrella de entre los millones de pequeñas y débiles estrellas que todavía no están clasificadas.

Tareas de desarrollo

1 Entra en la web de Bruño lósofos jonios.

a) ¿Qué hipótesis propuso Aristarco de Samos sobre la Tierra, el sistema solar y las estrellas?

2 Thomas Harriot (1609) y Galileo Galilei (1610), observaron la Luna por primera vez gracias a un nuevo invento: el telescopio. Ambos usaron telescopios similares, pero dibujaron la Luna de distinta manera:

Luna de Harriot.

Luna de Galileo.

a) Buscad información sobre cuál fue la causa de las diferencias en sus dibujos de la Luna.

b) ¿Por qué Galileo fue condenado por el tribunal de la Inquisición? ¿Crees que a veces la sociedad entra en conflicto con la ciencia? Elaborad un informe y presentadlo al resto de la clase.

3 Entra en la web de Bruño para visionar el vídeo sobre Giordano Bruno.

a) ¿Qué le ocurrió a este astrónomo y filósofo por afirmar que el Sol era una estrella más y el universo era infinito y contenía infinitos mundos habitados por animales y seres inteligentes?

4 Actualmente se venden más libros de astrología que de astronomía. ¿Crees que los astros ejercen alguna influencia en las vidas de los seres humanos?

Tareas de síntesis, evaluación y comunicación

Ni siquiera nuestra galaxia es un objeto privilegiado. Los cálculos y mediciones de Edwin Hubble nos enseñaron que la Vía Láctea es una más de entre los miles de millones de galaxias que componen el universo. Vivimos en un universo sin límites que no tiene centro. No existe ninguna posición especial ni preferente. Para nadie.

Y, según la teoría del multiverso, tal vez nuestro universo, nacido de una burbuja de espuma cósmica, no sea más que otro entre un conjunto de universos distintos.

Resuelve estas tareas y escríbelas en tu portafolios. Incluye tus conocimientos sobre el sistema solar y haz un resumen de lo que has aprendido.

Evalúa tu aprendizaje. ¿Qué es lo que ya sabías? ¿Qué has aprendido de nuevo? ¿Qué te ha resultado más fácil?, ¿y más difícil? ¿Para qué te ha servido? ¿En qué debes mejorar?

Presenta un trabajo sobre estas tareas en Word/Writer, PowerPoint/Impress, Prezi, Keynote, Canva o VideoScribe, e incluye animaciones, vídeos, fotografías, gráficos, etc.

a) ¿Qué papel pudieron desempeñar el polvo cósmico, los cometas y los meteoritos en el origen de la vida en la Tierra primitiva?

b) ¿Cuál es el origen del polvo cósmico?

2 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y explica razonadamente tu respuesta:

a) Ganímedes es un satélite de Saturno.

b) Plutón se encuentra en la nube de Oort.

c) Los cloroplastos proceden de antiguas cianobacterias.

d) La aglomeración de planetesimales, mediante impactos sucesivos, llamada «acreción de planetesimales», dio lugar a «embriones planetarios».

e) Los meteoritos son asteroides o meteoroides que entran en contacto con la atmósfera terrestre y se vaporizan debido al fuerte rozamiento que experimentan.

f) Las ribozimas son ARN con capacidad catalítica.

3 ¿Qué representa este dibujo?

4 Este es el detalle ampliado de un dibujo. ¿Sabrías decir qué representa? Enumera los nombres de los componentes señalados con letras y describe sus características.

5 Relaciona los elementos de las dos series:

1) Cronosfera. 2) Fobos. 3) Cometa. 4) Meteoros. 5) Cloroplastos. 6) Mitocondrias. 7) Planeta enano. 8) Microtúbulos.

a) Marte. b) Estrellas fugaces. c) Sol. d) Ceres. e) Bacterias aerobias. f) Bacterias espiroquetas. g) Nube de Oort. h) Cianobacterias.

6 En cada grupo de palabras o expresiones, una de ellas no tiene nada que ver con las demás. Explica cuál es la causa por la que no se pueden incluir:

a) Venus, Mercurio, Júpiter, Marte.

b) Europa, Ganímedes, Titán, Calixto.

c) Corona, cometa, fotosfera, cromosfera.

d) Meteoro, asteroide, plutoide, meteoroide.

7 Construye dos oraciones, una con los conceptos que figuran en a) y otra con los que aparecen en b):

a) Eucariogénesis viral, eucariota, arquea, membrana nuclear, flagelo, virus, ADN, bacteria espiroqueta, fusionó, mimivirus, núcleo.

b) Tierra primitiva, reproducción, cuna, genes, ribozimas, nucleótidos, actividad enzimática, vida, triple capacidad, ARN, catalizar, metabolismo, autorreplicarse, información genética.

8 ¿Cómo se formaron la atmósfera y la hidrosfera en la Tierra primitiva y qué papel desempeñaron en el proceso de abiogénesis?

¿Crees que podrás encontrar el elemento que le falta? Indica su nombre y sus características.

1 Indica los nombres de los elementos señalados con números que componen una partícula de polvo cósmico.

© de esta edición: Grupo Editorial Bruño, S. L., 2023 Valentín Beato, 21 28037 Madrid