jueves, 12 de diciembre del 2019 Fecha
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El Universo asombroso

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo asombroso    ~    Comentarios Comments (1)

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Precisamente en el CERN, en un depósito de Ginebra se guarda una diminuta y terrible masa -si es que se pueden llamar así a estas partículas- cuya fuerza explosiva es cien veces más potente que la del uranio o la del plutonio. Se utiliza para realizar experimentos que aclaren el misterio del origen del Universo, entro otros muchos, y se llama Antimateria. Nuestra imaginación no descansa y, algunas veces consigue cosas que… ¡son difíciles de hallar en plena Naturaleza!

Si alguna vez visitas un mundo de antimateria… ¡No saludes a nadie!

Todos sabemos que un protón, cuando se encuentra con un antiprotón (materia con antimateria) ambos se destruyen. Así, en el Universo primitivo, ambas clases de materia estuvieron un tiempo eliminándose la una a la otra y, por una razón que aún no es bien comprendida, la materia era más abundante que la antimateria, así que, lo que ahora vemos es todo materia. Bueno, al menos así se cree que pasó, lo que no impide que exista en el Universo antimateria que, aunque se ha buscado, nunca se encontró fuera de los Laboratorios.

Sobre esta disparidad inicial se ha experimentado mucho, y, en uno de estos experimentos se ha demostrado una pequeña – pero significativa – diferencia de un 1 por ciento entre la cantidad de materia y antimateriaproducida, lo cual podría apuntar a cómo llegó a producirse nuestra existencia dominada por la materia.

La teoría actual, conocida como Modelo Estándarde la física de partículas, ha predicho alguna violación de la simetría de materia-antimateria, pero no lo suficiente para explicar cómo surgió nuestro universo, que consta mayormente de materia y apenas unas trazas de antimateria.

Perro, como antes he dicho, ha sido en el Laboratorio donde se ha conseguido aislar y no es la primera vez que el CERN nos sorprende creando átomos de antimateria. Ya en 1995 se produjeron artificialmente los primeros nueve átomos de antihidrógeno. Pero ahora el experimento ALPHA del CERN ha dado un paso adelante, produciendo y mateneniendo con más tiempo átomos de antimateria, como apareció publicado en un artículo en Nature.

Sigamos. Una vez destruidos todos los pares materia antimateria, quedó el sobrante de partículas positivas que es la materia de nuestro universo, La Bariónica que emite radiación electromagnética y está formada por Quarks y Leptones. La otra, esa que llamamos oscura, la dejaremos reposando allí donde se pueda encontrar (si se encuentra en alguna parte), toda vez que, de ella, no podemos decir mucho con cierta propiedad.

De esa manera se formaron, con esas partículas positivas y los electrones (hadrones -formados por Quarks- y leptones), se originaron grandes conglomerados de gas y polvo que giraban lentamente, fragmentándose en vórtices turbulentos que se condensaban finalmente en estrellas y mundos de donde, después de miles de millones de años… ¡hasta puede surgir la vida!

La Nebulosa del Águila, por CFHT

Estos conglomerados de gas y polvo podían tener extensiones de años luz de diámetro y, en algunas regiones donde la formación de estrellas fue muy activa, casi todo el polvo y el gas fue a parar a una estrella u otra. Poco o nada fue lo que quedo en los espacios intermedios. Esto es cierto para los cúmulos globulares, las galaxias elípticas y el núcleo central de las galaxias espirales.

La galaxia

Dicho proceso fue mucho más eficaz en las afueras de las galaxias espirales. Las estrellas se formaron en mayor número y, sus brazos, aparecen cuajados de azuladas y nuevas estrellas masivas que, con su radiante luminosidad ultravioleta, inundan grandes regiones que ionizan al gas y polvo que las circundan.

Archivo:Espiral de la Vía Láctea.svg

Mapa esquemático de la Vía Láctea. El brazo de Orión aparece señalado en marrón y el punto amarillo señala la posición del Sistema Solar. Nosotros, los habitantes del planeta Tierra, nos encontramos en los brazos espirales de nuestra galaxia, estamos situados en la periferia a unos 30.000 años luz del centro galáctico y vemos las manchas oscuras que proyectan las nubes de polvo contra el resplandor de la Vía Láctea. El centro de nuestra propia galaxia queda oscurecido por tales nubes.

Estas nubes enormes de polvo cósmico es el material primario del que hacen las estrellas. Este material del que está formado el universo consiste en su mayor parte, como se ha dicho anteriormente, de hidrógeno y helio.  Los átomos de helio no tienen ninguna tendencia a juntarse unos con otros.  Los de hidrógeno sí, pero sólo en parejas, formando moléculas de hidrógeno (H2). Quiere decirse que la mayor parte del material que flota entre las estrellas consiste en pequeños átomos de helio o en pequeños átomos y moléculas de hidrógeno. Todo ello constituye el gas interestelar, que forma la mayor parte de la materia que circula en el universo entre las estrellas.

No pocas veces, los astrómomos han podido comprobar como en estas inmensas nubes surgen nuevas estrellas y mundos que forman sistemas solares nuevos. En esta tentadora imagen de arriba vemos nubes de polvo cósmico y las estrellas recién nacidas envueltas en ellas, brillando en longitudes de onda infrarrojas.  Estamos en una de las regiones de formación estelar más cercanas.

El polvo interestelar o polvo cósmico, que se halla presente en cantidades mucho más pequeñas, se compone de partículas diminutas, pero mucho más grandes que átomos o moléculas, y por tanto deben contener átomos que no son ni de hidrógeno ni de helio, son átomos de materiales más complejos.

El tipo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y el helio, es el de oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos oxidrilo (HO) y moléculas de agua (H2O), que tienen una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren en el camino, de forma que poco a poco se van constituyendo pequeñísimas partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxidrilo y las moléculas de agua pueden llegar a constituir una parte importante del polvo cósmico.

La colorida región de formación de estrellas Rho Ophiuchi, a unos 400 años luz de la Tierra, contiene nubes de gas y polvo cósmicos muy frías (alrededor de -250 grados Celsius) y densas, donde nuevas estrellas están naciendo (Foto: Especial ESO/S. Guisard ). Un equipo internacional de astrónomos detectó por primera vez moléculas de peróxido de hidrógeno, comúnmente conocido como agua oxigenada, en el espacio interestelar. El descubrimiento ofrece pistas sobre el enlace químico entre dos moléculas esenciales para la vida: el agua y el oxígeno, reportó en un comunicado el Observatorio Europeo Austral (ESO).

En 1.965 se detectó por primera vez grupos oxidrilo en el espacio  y se comenzó a estudiar su distribución. Desde entonces se ha informado también de la existencia de moléculas más complejas que contienen átomos de carbono, así como de hidrógeno y oxígeno. El polvo cósmico contiene también agrupaciones atómicas formadas por átomos menos comunes y más complejos que los ya mencionados. Los materiales más pesados y complejos se fabrican en los hornos termonucleares, los núcleos de las estrellas, y cuando al final de su existencia como tales estrellas explotan en súper novas, estos materiales son lanzados al espacio a velocidades increíbles y siembra el vacío estelar de materiales complejos que más tarde sirven de material para formar nuevas estrellas de II generación.

En el espacio estelar se han detectado también átomos de calcio, sodio, potasio e hierro y otros muchos elementos observando la luz que esos átomos absorben. Hoy tenemos magnificos instrumentos de fabricación muy sofisticada con alta tecnología que utilizan los últimos adelantos en física e ingenieria, inclñuso la robótica nos ayuda a desvelar los misterios del Universo y lo que en él se contiene.

Cada día son menos las cosas presentes en el Universo que se nos escapan, y,  nos inventamos sofisticados instrumentos e ingenios que nos llevan lejos, muy lejos de la Tierra para poder “ver” lo que allí, en esas regiones perdidas del espacio se pueda encontrar para poder saber, lo que el Universo es. Sin embargo, nos queda una larga lista de cosas que aún ni sospechamos que puedan existir.

Ragbir Bhathal, un astrofísico de la Universidad de Western Sydney, detectó en Diciembre de 2008 una señal láser proveniente del espacio exterior. Bhathal trabaja en las instalaciones australianas de SETI (SEarch for Extraterrestrial Intelligence), la organización que realiza una búsqueda de inteligencia extraterrestre mediante radiotelescopios. Parece que la cautela es una de las mayores virtudes de este científico, ya que en lugar de salir corriendo para informar del hecho a la prensa prefirió pasar casi cinco meses investigando si no había alguna clase de error en los instrumentos, si no se trataba de algún fenómeno físico corriente o era simplemente “ruido aleatorio” procedente del espacio.

Una vez descartadas todas las fuentes conocidas posibles, Ragbir Bhathal ha dado a conocer su hallazgo. “La NASA utiliza láseres para comunicarse en el espacio, así que no es tan descabellado imaginar que una civilización extraterrestre podría usarlos también”, dice. Enviar una señal láser hacia una región en particular del espacio es tan sencillo que casi podríamos hacerlo hoy en día, agrega Paul Horowitz, profesor de física en la Universidad de Harvard. Por ejemplo, el láser NOVA del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (California), utilizado en experimentos de fisión nuclear, es capaz de producir más de mil millones de vatios de luz láser durante una pequeñísima fracción de segundo. Si reflejásemos ese haz en un espejo de 10 metros como el existente en el telescopio Keck de Hawai, podríamos emitir una luz 5.000 veces más brillante que el Sol hacia donde quisiéramos.

Es muy pronto aún para atribuir esta luz láser a una civilización extraterrestre. Pero SETI está trabajando en ello.

Dentro de nuestro sistema solar hay un material parecido al que más arriba mencionamos, aportado quizás por los cometas. Es posible que fuera de los límites visibles del sistema solar exista una conglomeración grande de cometas, y que algunos de ellos se precipiten hacia el Sol (atraídos por la gravedad). Los cometas son formaciones de fragmentos sólidos de metal y roca, unidos por una mezcla de hielo, metano y amoníaco congelados y otros materiales parecidos. Cada vez que un cometa se aproxima al Sol, se evapora parte de su materia, liberando diminutas partículas sólidas que se esparcen por el espacio en forma de larga cola. En última instancia, el cometa se desintegra por completo.

A lo largo de la historia del sistema solar se han desintegrado innumerables cometas y han llenado de polvo el espacio interior del sistema solar.  La Tierra recoge cada día miles de millones de partículas de polvo (“micrometeoroides”). Los científicos espaciales se interesan por ellas por diversas razones; una de ellas es que los micrometeoroides de mayor tamaño podrían suponer un peligro para los futuros astronautas y colonizadores de la Luna.

Muchas e insospechadas posibilidades de investigación científica se abrirían si el detector de ondas gravitatorias GEO600 es sensible a la naturaleza cuántica del espacio y el tiempo. La única manera de confirmarlo sería realizando experimentos controlados cuyos resultados puedan ser atribuidos solamente al “ruido holográfico”. Un experimento como ese podría ser el primer paso hacia una nueva era en la física fundamental.
GEO600
Visión aérea del GEO600. (Foto: GEO600)
Geo 600 es un detector de ondas gravitacionales, también llamadas señales púlsar, que reside en las cercanías de Hanóver, en Alemania (N 52.24°, E 9.81°). Este instrumento junto con los detectores interferómetricos, son los detectores de ondas gravitacionales más sensibles jamás construidos. Están diseñados para detectar ondulaciones muy pequeñas en la estructura del espacio-tiempo causadas por fenómenos astrofísicos, del orden de 10-21 del tamaño de un átomo en comparación con la distancia entre el Sol y la Tierra. GEO 600 puede detectar ondas gravitatorias en un rango de frecuencia de 50 Hz a 1.5 kHz.1 La construcción de este proyecto comenzó en 1995

A diferencia de otros grandes interferómetros láser, el GEO600 reacciona de manera particularmente sensible a cierta clase de efectos, lo cual hasta ahora era visto como un inconveniente, pues constituía un obstáculo para muchas de las observaciones habituales, obligando a realizar ajustes de las lecturas.

El “ruido holográfico”, sin embargo, produce exactamente esa clase de efectos, por lo que, en este caso, la desventaja se convierte en una ventaja.

Hogan y los científicos del GEO600 están analizando si una señal específica del “ruido” en los datos grabados por el detector puede ser rastreada hasta alcanzar la granulosidad del espacio-tiempo. Los resultados teóricos relativos a la entropía de los agujeros negros llevan a concluir que el universo podría ser un inmenso holograma. Del estudio de las propiedades de los agujeros negros se han deducido los límites absolutos que acotan la información que cabe en una región del espacio. Teniendo en cuenta que esos límites dependen de la materia y energía contenida en ese espacio es asombroso que se pueda deducir un límite sin conocer ni siquiera , con absoluta certeza, el último componente de la materia ( se cree que los quarks y los electrones son excitaciones de supercuerdas que deben ser los entes fundamentales, pero no se descartan niveles más bajos).

La clave está en la entropía, en 1877 , Ludwing Boltzmann la caracterizó como el número de estados microscópicos distintos ( N) en los que pueden hallarse las partículas que componen un trozo de materia de forma que siga pareciendo el mismo trozo desde un punto de vista macroscópico. Un holograma es un objeto bidimensional que codifica toda la información que describe la imagen tridimensional. Nuestro Universo tridimensional podría estar codificado en una superficie que lo contiene, como una especie de inmenso holograma.

Todas estas noticias que nos llegan en aluvión desde los distintos Centros Especializados, hacen que, nos sumerjamos en los misterios y maravillas que encierra el universo, no puedo dejar de sorprenderme por sus complejas y bellas formaciones, la inmensidad, la diversidad, las fuerzas que están presentes, los objetos que lo pueblan, las transformaciones que continuamente cambian las cosas que evolucionan llevadas de la mano del tiempo.

Pensemos por ejemplo que un átomo tiene aproximadamente 10-8 centímetros de diámetros. En los sólidos y líquidos ordinarios los átomos están muy juntos, casi en contacto mutuo. La densidad de los sólidos y líquidos ordinarios depende por tanto del tamaño exacto de los átomos, del grado de empaquetamiento y del peso de los distintos átomos.

De los sólidos ordinarios, el menos denso es el hidrógeno solidificado, con una densidad de 0’076 gramos por cm3. El más denso es un metal raro, el osmio, con una densidad de 22’48 gramos/cm3.

Si los átomos fuesen bolas macizas e incompresibles, el osmio sería el material más denso posible, y un centímetro cúbico de materia jamás podría pesar ni un kilogramo, y mucho menos toneladas.

Pero los átomos no son macizos. El físico neozelandés experimentador por excelencia, Ernest Rutherford, demostró en 1.909 que los átomos eran en su mayor parte espacio vacío. La corteza exterior de los átomos contiene sólo electrones ligerísimos, mientras que el 99’9% de la masa del átomo está concentrada en una estructura diminuta situada en el centro: el núcleo atómico.

El núcleo atómico tiene un diámetro de unos 10-15 cm (aproximadamente 1/100.000 del propio átomo). Si los átomos de una esfera de materia se pudieran estrujar hasta el punto de desplazar todos los electrones y dejar a los núcleos atómicos en contacto mutuo, el diámetro de la esfera disminuiría hasta un nivel de 1/100.000 de su tamaño original.

SN 1987a

 

              En los sólidos y líquidos ordinarios los átomos están muy juntos

El calor y la presión que reinan en el centro de las estrellas rompen la estructura atómica y permiten que los núcleos atómicos empiecen a empaquetarse unos junto a otros. Las densidades en el centro del Sol son mucho más altas que la del osmio, pero como los núcleos atómicos se mueven de un lado a otros sin impedimento alguno, el material sigue siendo un gas.  Hay estrellas que se componen casi por entero de tales átomos destrozados.  La compañera de la estrella Sirio es una “enana blanca” no mayor que el planeta Urano, y sin embargo tiene una masa parecida a la del Sol.

Las colisiones entre estrellas de Neutrones podrían ser la fuente de los metales más pesados del Universo. Lejos quedan ya aquellos tiempos en los que… Transformar el Plomo en Oro…durante siglos esta idea fue perseguida sin descanso por aquellos llamados alquimistas, que creían posible transmutar la materia para lograr producir el más valiosos de los metales a partir de otros “inferiores” mediante lo que se llamaba una piedra filosofal, una substancia que en contacto con ellos provocaría la transformación. Un sueño imposible en atrapó no solo a estos primeros químicos, sino también a nobles y reyes, que financiaron estos experimentos atraidos por su codicía. Una busqueda inutil, que solo dejó atrás fracasos absolutos y grandes engaños… Sin embargo, hemos podido llegar a conocer que, no estaban equivocado en el hecho en sí, la equivocación radicaba en que no tenían el conocimiento para saber que, aquellas transmutaciones se podían lograr sólo en la Naturaleza.

Los núcleos atómicos se componen de protones y neutrones. Ya hemos dicho antes que todos los protones tienen carga eléctrica positiva y se repelen entre sí, de modo que en un lugar dado no se pueden reunir más de un centenar de ellos. Los neutrones, por el contrario, no tienen carga eléctrica y en condiciones adecuadas pueden estar juntos y empaquetados un enorme número de ellos para formar una “estrella de neutrones”. Los púlsares, según se cree, son estrellas de neutrones en rápida rotación.

Estas estrellas se forman cuando las estrellas de 2 – 3 masas solares, agotado el combustible nuclear, no pueden continuar fusionando el hidrógeno en helio, el helio en oxígeno, el oxigeno en carbono, etc, y explotan en supernovas. Las capas exteriores se volatilizan y son expulsados al espacio; el resto de la estrella (su mayor parte), al quedar a merced de la fuerza gravitatoria, es literalmente aplastada bajo su propio peso hasta tal punto que los electrones se funden con los protones y se forman neutrones que se comprimen de manera increíble hasta que se degeneran y emiten una fuerza que contrarresta la gravedad, quedándose estabilizada como estrella de neutrones.

           El Sol que hace posible la vida en la Tierra gracias a su luz y su calor

Aquí hemos explicado muchas veces que, la radiación del Sol proviene de la fusión del hidrógeno en helio. Para producir la radiación vertida por el sol se necesita una cantidad ingente de fusión: cada segundo tienen que fusionarse 4.654.600. toneladas de hidrógeno en 4.650.000. toneladas de helio  (las 4.600toneladas restantes se convierten en energía de radiación y las pierde el Sol para siempre. La ínfima porción de esta energía que incide sobre la Tierra basta para mantener toda la vida en nuestro planeta).

                   El Sol nos trae el nuevo día, la esperanza y la incertidumbre del ¿qué será?

Nadie diría que con este consumo tan alto de hidrógeno por segundo, el Sol pudiera durar mucho tiempo, pero es que ese cálculo no tiene encuenta el enorme tamaño del Sol. Su masa totaliza 2.200.000.000.000.000. 000.000.000.000 (más de dos mil cuatrillones) de toneladas. Un 53% de esta masa es hidrógeno, lo cual significa que el Sol contiene en la actualidad una cantidad de 1.166.000.000.000.000.000.0000.0000.000 toneladas.

Para completar datos diré que el resto de la masa del Sol es casi todo helio. Menos del 0’1 por 100 de su masa está constituido por átomos más complicados que el helio. El helio es más compacto que el hidrógeno. En condiciones idénticas, un número dado de átomos de helio tiene una masa cuatro veces mayor el mismo número de átomos de hidrógeno. O dicho de otra manera: una masa dada de helio ocupa menos espacio que la misma masa de hidrógeno. En función del volumen – el espacio ocupado -, el Sol es hidrógeno en un 80 por ciento.

Si suponemos que el Sol fue en origen todo hidrógeno, que siempre ha convertido hidrógeno en helio al ritmo dicho de 4.654.600  de toneladas  por segundo y que lo seguirá haciendo hasta el final, se calcula que ha estado radiando desde hace unos 4.000 millones de años y que seguirá haciéndolo durante otros cinco mil millones de años más.

Como delicados pétalos cósmicos, esta nube de gas y polvo interestelar floreció a 1.300 años-luz de distancia, en los fecundos campos de estrellas de la constelación de Cefeo (Cepheus). Llamada a veces la Nebulosa del Lirio, NGC 7023, podría muy bien ser una estampa repetitiva del nacimioento de nuestro propio Sol. Ahí, en el centro, vemos como comienza a brillar la protoestrella que nace.

Pero las cosas no son tan simples. El Sol es una estrella de segunda (o tercera genera) generación, constituida a partir de gas y polvo cósmico desperdigado por estrellas que se habían quemado y explotado miles de millones de años atrás.  Así pues, la materia prima del Sol contenía ya mucho helio desde el principio, lo que nos lleva a pensar que el final puede estar algo más cercano.

Por otra parte, el Sol no continuará radiando exactamente al mismo ritmo que ahora. El hidrógeno y el helio no están perfectamente entremezclados. El helio está concentrado en el núcleo central y la reacción de fusión se produce en la superficie del núcleo. ¿Cómo hemos sido capaces de llegar a saber todo eso?

Cuestiones como las de un simple eclipse solar, llamaron la atención de antiguas civilizaciones en la Antigüedad que le dieron el significado al que podían llegar sus mentes menos evolucionadas que las nuestras que, ahora sí, podemos darle una explicación del por qué de ese fenómeno natural.

 

 

 

 

 

 

Un eclipse lunar es un evento astronómico que sucede cuando el planeta Tierra se interpone entre el Sol y la Luna es decir, cuando la Luna entra en la zona de sombra de la Tierra. Esto sólo puede ocurrir en la fase de Luna llena. La Tierra es un cuerpo cuyo radio ecuatorial es 100.7 veces menor que el radio del Sol, lo que provoca que éste proyecte un cono de sombra convergente y un cono de penumbra divergente, determinados por las tangentes interiores y exteriores, respectivamente, comunes al Sol y a la Tierra. La distancia promedio entre la Tierra y el Sol —denominada unidad astronómica (UA)— es de 149.600.000 km.

La Luna tiene un radio de 1736,6 km y gira alrededor de la Tierra a una distancia media de 384.403 km (60,27 radios ecuatoriales de la Tierra). La altura del cono de sombra es de 1.384.584 km (217 radios ecuatoriales) que es mayor que la distancia de la Luna a la Tierra, por lo que se producen eclipses.

Para un astronauta que estuviera situado sobre la superficie de la Luna, un eclipse penumbral sería un eclipse parcial de Sol. Análogamente, si el astronauta se encontrara dentro del cono de sombra de la Tierra no podría ver el Sol; para él se estaría produciendo un eclipse total de Sol.

La atmósfera terrestre tiene una influencia vital en los eclipses. Si la atmósfera no existiese, en cada eclipse total de Luna ésta desaparecería completamente (cosa que sabemos que no ocurre). La Luna totalmente eclipsada adquiere un color rojizo característico debido a la luz refractada por la atmósfera de la Tierra. Para medir el grado de oscurecimiento de los eclipses lunares se emplea la escala de Danjon.

La sombra tiene un tamaño de 4607 km y como el radio de la Luna es 1736,6 km resulta que el radio de la sombra es 2,65 veces el radio de la Luna por lo que dentro de la sombra caben casi 3 lunas.

Según los estudios realizados y considerando los valores extremos de los anteriores resulta que la distancia de la Luna a la Tierra variará en nuestro siglo en 50.337 km como máximo, cantidad importante que supone unos 4 minutos de arco para el diámetro angular lunar, en más o en menos, un 8% del diámetro angular medio de nuestro satélite.

 

Es cierto que cada día, tomamos nuevos riesgos en busca del saber e instalamos ingenios tecnológicos espaciales que nos dicen lo que ahí fuera está pasando, e, incluso, enviamos a seres humanos que, con trajes especiales (no del todo adecuados) llevan a cabo trabajos necesarios de mantenimiento, laboratorio, mediciones, etc.

 

En su sentido más general, un cosmos es un sistema ordenado o armonioso. Se origina del termino griego “κόσμος”, que significa orden u ornamentos, y es la antítesis del caos. Hoy la palabra suele utilizar como sinónimo de universo (considerando el orden que éste posee). Las palabras cosméticos y cosmetología tienen el mismo origen. El estudio del cosmos (desde cualquier punto de vista) se llama cosmología. Cuando esta palabra se usa como término absoluto, significa todo lo que existe, incluyendo lo que se ha descubierto y lo que no.

Se dice que Pitágoras fue el primer filósofo en aplicar el término cosmos al Universo, tal vez por el orden del firmamento estrellado. El cosmismo ruso es una filosofía cosmocéntrica y movimiento cultural que surgió en Rusia a principios del siglo XX. Además, cosmos significa “organización en el universo”. En teología, el término cosmos puede usarse para denotar la creación del universo, sin incluir a Dios. La Septuaginta usa tanto Kosmos y oikumene para los núcleos habitados del mundo. En la teología cristiana, la palabra también se utiliza como sinónimo de aion para referirse a la “vida mundana” o “este mundo”, contrario al más allá.

emilio silvera

Además de las propias, las fuentes son variadas pero, Asimov está presente.

¿Un Universo estacionario? ¿Los elementos?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Cosmología    ~    Comentarios Comments (0)

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Acordaos que cuando surgió la toería del Big Bang no todos estaban de acuerdo con ella y, allá por el año 1948 Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle presentaron una teoría rival a la del universo en expansión. La teoría del big bang implicaba que el Universo empezó en un momento concreto del pasado. Posteriormente, la densidad y temperatura de la materia y la radiación en el Universo decrecieron continuamente a medida que el Universo se expandía. Esta expansión puede continuar para siempre o puede un día invertirse en un estado de contracción, volviendo a pasar por condiciones de densidad y temperaturas cada vez mayores hasta llegar al Big Crunch en un tiempo finito de nuestro futuro.

Este escenario evolutivo tiene la característica clave de que las condiciones físicas en el pasado del Universo no eran las mismas que las actuales o las futuras. Hubo épocas en que la vida no podía existir porque había demasiado calor para los átomos; hubo épocas previas a las estrellas y habrá un tiempo en el que todas las estrellas hayan muerto. En este escenario hay un intervalo preferido de la historia cósmica durante el que es más probable que los observadores evolucionen por primera vez y hagan sus observaciones del Universo.

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También implicaba que hubo un comienzo para Universo, un tiempo pasado antes del cuál éste (y quizá el propio tiempo) no existía, pero no decía nada al respecto al por qué o al dónde de este comienzo. Todo quedaba oculto en el más profundo de los misterios y, nadie ha podido llegar a ese tiempo que marca la frontera que está situada en esa fracción de segundo, más allá del tiempo de Planck, en el cual los cosmólogos, para tapar su ignorancia, han puesto una singularidad lo mismo que ahora han colocado la materia oscura para explicar la expansión.

El escenario alternativo creado por Bondi, Gold y Hoyle estaba motivado en parte por un deseo de evitar la necesidad de un principio (o un posible final) del Universo. Su otro objetivo era crear un escenario cosmológico que pareciera de promedio siempre el mismo, de modo que no hubiera instantes privilegiados en la historia cósmica.

El gráfico de abajo indica la velocidad de alejamiento de las galaxias en función de sus distancias. La pendiente de la recta de “La constante de Hubble

El gráfico indica la velocidad de alejamiento de las galaxias en función de sus distancias. La pendiente de la recta de “La constante de Hubble”. Horizontalmente: la medida de la distancia es proporcionada por la luminosidad de las galaxias más brillantes de diferentes grupos. Verticalmente: velocidades en Km. por segundo. Las diferentes curvas describen la relación velocidad distancia en función de la densidad supuesta del universo (en unidades de densidad crítica). Cuanto más denso es el universo, tanto más a la izquierda se sitúa la curva en el dibujo. La comparación con los puntos observados muestra que la densidad real es tres veces inferior a la densidad crítica. La cuirva más baja es la esperada en un universo estacionario.

Claro que dicho escenario, al principio parece imposible de conseguir. Después de todo, el Universo se está expandiendo. Está cambiando, de modo que, ¿cómo puede hacerse invariable? La visión de Hoyle era la de un río que fluye constantemente, siempre en movimiento pero siempre igual. Para que el universo presente la misma densidad media de materia y el mismo ritmo de expansión, independientemente de cuándo sea observado, la densidad debería ser constante.

Él propuso que, en lugar de nacer en un instante pasado, la materia del universo se craba continuamente a un ritmo que compensaba exactamente la tendencia a que la densidad sea diluida por la expansión. Este mecanismo de “creación continua” sólo tenía que ocurrir muy lentamente para conseguir una densidad constante; sólo se requería aproximadamente un átomo por metro cúbico cada diez mil millones de años y ningún experimento ni observación astronómica sería capaz de detectar un efecto tan pequeño.

Esta teoría del “estado estacionario” del Universo hacía predicciones muy precisas. El Universo parecía el mismo de promedio en todo momento. No había hitos especiales en la historia cósmica: Ningún “principio”,  ningún “final, ningún momento en que empezaran a formarse las estrellas o en el que la vida se hiciera posible por primera vez en el Universo. Claro que, finalmente, esta teoría quedó descartada por una serie de observaciones iniciadas a mediados de la década de 1950 que mostraba en primer lugar que la población de galaxias que eran emisores profusos de radioondas variaba significativamente a medida que el Universo envejecía.

universo nasa 2010

La culminación de todo aquello llegó cuando en el año 1965 se descubrió la radiación térmica residual del comienzo caliente predicho por los modelos del Big Bang. Esta radiación de fondo de microondas no tenía lugar en el Universo en estado estacionario. Durante veinte años los astrónomos trataron de encontrar pruebas que dijeran si realmente el universo estaba realmente en el estado estacionario que propusieron Bondi, Gold y Hoyle.

Un sencillo argumento antrópico podría haber demostrado lo poco posible que sería ese estado de cosas. Si uno mide el ritmo de expansión del Universo, da un tiempo durante el que el Universo parece haber estado expandiéndose. En un Universo Big Bang éste es realmente el tiempo transcurrido desde que empezó la expansión: la edad del Universo. En la teoría del estado estacionario no hay principio y el ritmo de expansión es tan sólo el ritmo de expansión y nada más.

             Las primeras estrellas se formaron miles de millones de años después del (supuesto) big bang

En una teoría del Big Bang, el hecho de que la edad de expansión sea sólo ligeramente mayor que la edad de las estrellas es una situación natural. Las estrellas se formaron en nuestro pasado y por ello deberíamos esperar encontrarnos en la escena cósmica una vez formadas, dado que, los elementos necesarios para la vida, se forjaron en los hornos nucleares de las estrellas calientes que fusionaron aquella primera materia más simple en otras más complejas.

Se necesita mucho tiempo para que las estrellas fabriquen Carbono a partir de gases inertes como el Hidrógeno y el Helio. Pero no basta con el tiempo. La reacción nuclear específica que se necesita para hacer Carbono es una reacción bastante improbable. Requiere que se junten tres núcleos de Helio para fusionarse en un único núcleo de Carbono. Los núcleos de Helio se llaman partículas alfa, y esta reacción clave para formar Carbono ha sido bautizada como el proceso “triple alfa”.

Diagrama del proceso triple-α

Precisamente fue Fred Hoyle el que descubrió todo aquel complejo proceso de fabricación de Carbono en las estrellas. Él se unió a un grupo de investigadoresque estaban trabajando sobre la cuestión de la relativa abundancia de elementos en las superficies de las estrellas. En conjunto, estructuraron un exhaustivo estudio de los elementos que se acumulan en los núcleos estelares. En un denso trabajo que publicaron en Octubre de 1957 en Review of Modem Physics, bajo el título de “Síntesis de los elementos de las estrellas”, lograron explicar la abundancia de practicamente todos los sótopos de los elementos desde el Hidrógeno hasta el Uranio.

Descubrieron que las estrellas, en la medida que van gastando su combustible nuclear, transmutan el Hidrógeno en Helio; el Helio a Carbono y Oxígeno; y así sucesivamente, subiendo hasta llegar hasta los más pesados de la Tabla Periódica. En las explosiones de las supernovas se crean mucho de los elementos más pesados, incluidos el platino, el oro y el uranio. El trabajo que fue un inmenso logro científico, no sólo explicó la síntesis de todos los elementos más allá del Hidrógeno, sino que predijo su formación exactamente en las mismas proporciones que ocurrían en el Universo. Pero quedó por explicar la cuestión del Hidrógeno: Cómo se genera el combustible inicial de las estrellas.

Así, en las estrellas podemos encontrar muchas respuestas de cómo se forman los elementos que conocemos. Primero fue en el hipotético big bang donde se formaron los elementos más simples: El Hidrógeno (que nunca hemos podido llegar a saber cómo se formó), Helio y Litio. Pasados muchos millones de años se formaron las primeras estrellas y, en ellas, se formaron elementos más complejos como el Carbono, Nitrógeno y Oxígeno. Los elementos más pesados se tuvieron que formar en temperaturas mucho más altas, en presencia de energías inmensas como las explosiones de las estrellas moribundas que, a medida que se van acercando a su final forman materiales como: Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Titanio, Hierro, Cobalto, Niquel, Cobre, Cinc, Plomo, Torio…Uranio. La evolución cósmica de los elementos supone la formación de núcleos  simples ¿en el big bang? y la posterior fusión de estos núcleos ligeros para formar núcleos más pesados y complejos en el interior de las estrellas y en la transición de fase de las explosiones supernovas.  Abjo un gráfico de la Necleosíntesis estelar.

Estaba explicando el proceso triple alfa que es el proceso por el cual tres núcleos de helio  (partículas alfa) se transforman en un núcleo  de carbono. Esta reacción nuclear de fusión sólo ocurre a velocidades apreciables a temperaturas por encima de 100 000 000 kelvin y en núcleos estelares con una gran abundancia de helio. Por tanto, este proceso sólo es posible en las estrllas más viejas, donde el helio producido por las cadenas protón-protón y el ciclo CNO se ha acumulado en el núcleo. Cuando todo el hidrógeno presente se ha consumido, el núcleo se colapsa hasta que se alcanzan las temperaturas necesarias para iniciar la fusión de helio.

4He + 4He ↔ 8Be
8Be + 4He ↔ 12C

Las estrellas que son unas ocho veces más masivas que el Sol representan sólo una fracción muy pequeña de las estrellas en una galaxia espiral típica. A pesar de su escasez, estas estrellas juegan un papel importante en la creación de átomos complejos y su dispersión en el espacio.

Elementos necesarios como carbono, oxígeno, nitrógeno, y otros útiles, como el hierro y el aluminio. Elementos como este último, que se cocinan en estas estrellas masivas en la profundidad de sus núcleos estelares, puede ser gradualmente dragado hasta la superficie estelar y hacia el exterior a través de los vientos estelares que soplan impulsando los fotones. O este material enriquecido puede ser tirado hacia afuera cuando la estrella agota su combustible termonuclear y explota. Este proceso de dispersión, vital para la existencia del Universo material y la vida misma, puede ser efectivamente estudiado mediante la medición de las peculiares emisiones radiactivas que produce este material. Las líneas de emisión de rayos gamma del aluminio, que son especialmente de larga duración, son particularmente apreciadas por los astrónomos como un indicador de todo este proceso. El gráfico anterior muestra el cambio predicho en la cantidad de un isótopo particular de aluminio, Al26, para una región de la Vía Láctea, que es particularmente rica en estrellas masivas. La franja amarilla es la abundancia de Al26 para esta región según lo determinado por el laboratorio de rayos gamma INTEGRAL. La coincidencia entre la abundancia observada y la predicha por el modelo re-asegura a los astrónomos de nuestra comprensión de los delicados lazos entre la evolución estelar y la evolución química galáctica.

Pero sigamos con la historia recorrida por Hoyle y sus amigos. Felizmente, la naturaleza proporcionó una piedra Rosetta con la cual Hoyle y sus colaboradores podían someter a prueba sus ideas, en la forma de curva cósmica de la abundancia. Ésta era un gráfico del peso de los diversos átomos -unas ciento veinte especies de núcleos, cuando se tomaban en cuanta los isótopos- en función de su abundancia relativa en el universo, establecido por el estudio de las rocas de la Tierra, meteoritos que han caido en la Tierra desde el espacio exterior y los espectros del Sol y las estrellas.

Supernova que calcina a un planeta cercano. Ahí, en esa explosión se producen transiciones de fase que producen materiales pesados y complejos. En una supernova, en orden decreciente tenemos la secuencia de núcleos H, He, O, C, N, Fe, que coincide bastante bien con una ordenación en la tabla periódica que es: H, He, (Li, Be, B) C, N, O… Fe.

¿No es maravilloso?

Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del universo y… de la vida inteligente. Esos materiales para la vida sólo se pudieron fabricar el las estrellas, en sus hornos nucleares y en las explosiones supernovas al final de sus vidas. Esa era la meta de Hoyle, llegar a comprender el proceso y, a poder demostrarlo.

“El problema de la síntesis de elementos -escribieron- está estrechamente ligado al problema de la evolcuión estelar.” La curva de abundancia cósmica de elementos que mostraba las cantidades relativas de las diversas clases de átomos en el universo a gran escala. Pone ciertos límites a la teoría de cómo se formaron los elementos, y, en ella aparecen por orden creciente:

De la misma forma que al calentar una pieza de metal cambia de color, al principio rojo, luego amarillo hasta llegar al blanco, el color de una estrella varia según su temperatura superficial. Las estrellas más frías son las rojas, y las mas calientes las azules. Estos colores suelen percibirse a simple vista, como por ejemplo Antares (la estrella principal de Scorpius) que es de color rojo, o Rigel (en Orion) de color azul. En astronomía se utiliza la escala Kelvin para indicar temperaturas, donde el cero absoluto es -273 grados Celsius.

Como reseñamos antes la lista sería Hidrógeno, Helio, Carbono, Litio, Berilio, Boro, Oxígeno, Neón, Silicio, Azufre, Hierro (damos un salto), Plomo, Torio y Uranio. Las diferencias de abundancias que aparecen en los gráficos de los estudios realizados son grandes -hay, por ejemplo, dos millones de átomos de níquel por cada cuatro átomos de plata y cincuenta de tunsgteno en la Via Láctea- y por consiguiente la curva e abundancia presenta una serie de picos dentados más accidentados que que la Cordillera de los Andes. Los picos altos corresponden al Hidrógeno y al Helio, los átomos creados en el big bang -más del p6 por ciento de la materia visible del universo- y había picos menores pero aún claros para el Carbono, el Oxígeno, el Hierro y el Plamo. La acentuada claridad de la curva ponía límites definidos a toda teoría de la síntesis de elementos en las estrellas. Todo lo que era necesario hacer -aunque dificultoso) era identificar los procesos por los cuales las estrellas habían llegado preferentemente a formar algunos de los elementos en cantidades mucho mayores que otros. Aquí estaba escrita la genealogía de los átomos, como en algún jeroglífico aún no traducido: “La historia de la materia éscribió Hoyle, Fwler y los Burbidge_…está oculta en la distribución de la anundancia de elementos”

En el Big Bang: Hidrógeno, Helio, Litio (¿se formaría el Hidrógeno a partir del Hylem, la sustancia primigenia del Universo segín Gamow?)

En las estrellas de la serie principal: Carbono, Nitrógeno, Oxígeno.

En las estrellas moribundas: Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Titanio, Hierro, Cobalto, Níquel, Cobre, Cinc, Plomo, Torio y Uranio.

Como habeis podido comprobar, nada sucede por que sí, todo tiene una explicación satisfactoria de lo que, algunas veces, decimos que son misterios escondidos de la Naturaleza y, sin embargo, simplemente se trata de que, nuestra ignorancia, no nos deja llegar a esos niveles del saber que son necesarios para poder explicar algunos fenómenos naturales que, exigen años de estudios, observaciones, experimentos y, también, mucha imaginación.

Como decía Hilbert: “Tenemos que saber, ¡sabremos!

emilio silvera

En realidad… ¿Es sabia Naturaleza?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Naturaleza...El Universo    ~    Comentarios Comments (0)

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Bueno, de una u otra manera, la Naturaleza parece que siempre encuentra la manera de decirnos o hacer lo que quiere y nosotros, no siempre le prestamos la denbida atención. Por eso, precisamente, algunas veces se enfada y nos envía algún “regalito” para poner las cosas en regla. Arriba ha hecho salir un brazo del tronco y, la mano es bastante expresiva al encogerse dejando un sólo dedo tieso. En la segunda imagen, ha dejado un lugar en el centro del agua para poder hacer salir en él, unos árboles que vienen a decirnos que, en cualquier lugar es posible cualquier cosa. La mejor prueba de que la Naturaleza es sabia la tenenmos en el hecho de que se ha marchado de las ciudades.

Hay otras muestras o pruebas más importantes en la Naturaleza que nos hablan de su sabiduría. Por ejemplo, En nuestro planeta hay Uranio que, como todos sabemos, es un material peligroso. Sin embargo, la Naturaleza ha hecho que el isótopo de uranio- 235 (que es el que genera nuestra preocupación), comparado con el isótopo de uranio- 238, sea bastante diferente, toda vez que del todo el Uranio que existe en el planeta, sólo el 7 por 1000 es Uranio-235 que es un material o combustible nuclear, el otro, el Uranio- 238, es como la madera húmeda que no arde. Pero…

Os contaré una historia.

“El 12 de Junio de 1972 el doctor Bouzigues, hizo un descubrimiento preocupante, el tipo de descubrimiento que podía tener incalculables explicaciones políticas, científicas e incluso delictivas. Bouzigues trabaja en la planta de procesamiento de combustible nuclear de Pierrelatte, en Francia. Una de sus tantas rutinas consistía en medir la composión de menas procedentes de minas de Uranio próximas al río Oklo, en la antigua Colonia francesa ahora conocida como la República Africana Occidental de Gabón, a unos 440 km de la costa Atlántica.

Una y otra vez comprobaba la fracción de mineral natural que estaba en forma de isótopo de uranio-235 comparada con la fracción en forma de isótopo de Uranio-238, para lo que realizaba análisis de muestras de hexafluoruro de uranio gaseoso. La diferencia entre los dos isótopos es crucial. El Uranio que se da en forma natural y que extraemos del interior de la Tierra está casi todo en forma de Isótopo 238. Esta forma de Uranio no producirá una cadena de reacciones nucleares autosostenidas. Si lo hiciera, nuestro planeta habría explotado hace mucho tiempo.

Para hacer una bomba o una reacción en cadena productiva es necesario tener trazas del isótopo activo 235 de Uranio. En el Uranio Natural no más de una fracción de un 1 por 100 está en forma 235, mientras que se requiere aproximadamente un 20 por 100 para iniciar una cadena de reacciones nucleares. El Uranio “enriquecido” contiene realmente un 90 por 100 del isótopo 235. Estos números nos dejan conciliar un sueño profundo por la noche con la seguridad de que por debajo de nosotros no se va a iniciar espontáneamente una interminable cadena de reacciones nucleares que convierta la Tierra en una bomba gigantesca. Pero ¿quién sabe si en algún lugar habrá más 235 que la media?

              Nunca podremos saber con qué sorpresa nos podrmeos encontrar

Boziguez midió con gran precisión la razón de isótopo 235 frente a 238. Eran comprobaciones importantes de la calidad de los materiales que en última instancia se utilizarían en la industria nuclear francesa. El suyo era un trabajo rutinario, pero ese día de Junio de 1972 su atención a los detalles se vio recompensada. Advirtió que algunas muestras presentaban una razón 235 a 238 de 0,717 por 100 en lugar del valor normal de 0,720 por 100 que se encuentra normalmente en todas las muestras terrestres, en incluso en meteoritos y rocas lunares. Tan exactamente se conocía el valor “normal” a partir del experimento, y tan exactamente estaba reflejado en todas las muestras tomadas, que esta pequeña discrepancia hizo sonar los timbres de alarma. ¿Dónde  estaba el 0,003 por 100 que faltaba de Uranio 235? Era como si el Uranio ya hubiese sido utilizado para alimentar un reactor nuclear de modo que la abundancia de 235 se había reducido antes de haber sido extraído de las minas.

       Hace ahora 1.800 0 2.000 millones de años, se puso en marcha la reacción en cadena natural más grande jamás conocida

La Comisión de Energía Atómica de Francia consideró todo tipo de posibilidades. ¿Quizá las muestras habían sido contaminadas por algún combustible ya utilizado procedente de la planta de procesamiento? Pero no había ninguna prueba de la intensa radiactividad que habría acompañado al combustible usado, y ningún hexafluoruro de Uranio reducido faltaba en el inventario de la Planta.

Pero a poco las investigaciones descubrieron que la fuente de la discrepancia estaba en los propios depósitos naturales del Uranio. Había una baja razón 235 a 238 en las vetas de la mina. Se estudio todo el proceso y recorrido del Uranio desde su extracción hasta su transporte al lugar de destino, y, todo era correcto, nada extraño podía influir en la discrepancia descubierta. El Uranio procedente de la Mina de Oklo era simplemente distinto del que se encontraba en cualquier otro lugar.

Cuando se investigó con detalle el emplazamiento de la Mina pronto quedó claro que el Uranio 235 que faltaba había sido destruido dentro de las vetas de la Mina. Una posibilidad era que algunas reacciones químicas lo hubiesen eliminado mientras dejaban intacto el 238. Por desgracia, las abundancias relativas de Uranio 235 y 238 no se ven afectadas de forma diferente por procesos químicos que hayan ocurrido en el interior de la Tierra. Tales procesos pueden hacer que algunas partes de la Tierra sean ricas en mineral de Uranio a expensas de otras partes al disolverlo y transportarlo, pero no alteran el balance de los dos isótopos que constituyen el mineral disuelto o en suspensión. Sólo las reacciones y desintegraciones nucleares pueden hacerlo.

Poco a poco, la insospechada verdad salió a la luz ante los investigadores. Las vetas bajas en Uranio-235 contenían las pautas características de otros 30 o más elementos atómicos que se forman como subproducto de las reacciones de fisión nuclear. Sus abundancias eran completamente diferentes de las que se dan en forma natural en rocas donde no hubieran ocurrido reacciones de fisión. La reveladora firma de los productos de fisión nuclear se conoce a partir de los experimentos en reactores construidos por el hombre. Seis de estas vetas características de la actividad de un Reactor Nuclear Natural fueron finalmente identificadas en Oklo. Algunos de los elementos presentes, como el neodimio, tienen muchos isótopos pero no todos son productos de la fisión. Los que no son productos de fisión proporcionan por consiguiente una calibración de la abundancia de todos los isótopos antes de que empezaran las reacciones naturales y de este modo nos permite determinar los efectos y tiempos característicos de dichas reacciones.

De buena nos libramos, de seguir aquellas reacciones, la Tierra se podría haber convertido en eso de arriba.

Sorprendentemente, parecía que la Naturaleza había conspirado para producir un Reactor Nuclear Natural que había generado reacciones nucleares espontáneas bajo la superficie de la Tierra hace dos mil millones de años. Fue este episodio de la historia geológica de Gabón lo que había llevado a la acumulación de productos de fisión en el emplazamiento actual de la misma.

Las primeras reacciones nucleares producidas por el hombre se produjeron el 2 de diciembre de 1942 como parte del famoso Proyectro Manhattan que culminó con la fabricación de las primeras bombas atómicas.”

Después de leer el relato histórico del suceso que, sin ninguna duda, nos revela la certeza y posibilidad de que, en cualquier momento, se pueda producir otro suceso similar de cuyas consecuencias nadie puede garantizar nada, uno se queda preocupado y puede pensar que, aquel suceso, no llegó a más debido a una serie de circunstancias que concurrieron y, desde luego “el ambiente oxidante necesario que aportase el agua requerida para concentrar el uranio fue originado por un importante cambio de la biosfera de la Tierra. Hace dos mil millones de años ocurrió un cambio en la atmósfera, producido por el crecimiento de algas azul-verdosas, los primeros organismos de producir fotosíntesis.”

Claro que eso, sería entrar en otras historias. Sin embargo, no debemos olvidar que, en nuestro planeta, todo está relacionado y por lo tanto, los cambios y mutaciones que se puedan producir en la Naturaleza de la misma, influyen, de manera irreversible, en todo lo demás.

Esperemos que ningún Reactor Nuclear Natural se vuelva a poner en marcha, ya que, de ser así, no sabemos si se darán las precisas condiciones necesarias para que, no continúe indefinidamente su actividad y nos mande a todos al garete.

emilio silvera

Estructuración del Protoplasma vivo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Biologia    ~    Comentarios Comments (0)

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Estructuración del protoplasma de la Vida, uno de los muchos secretos que nos queda por desvelar y que la Naturaleza esconde con el celo propio de quién no quiere desvelar su intimidad más profunda y, al mismo tiempo compleja. ¿Qué podemos saber nosotros de tan maravilloso suceso?

 

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En la Gran Nebulosa de Orión, también conocida como M42, y una de las nebulosas más famosas del cielo, podríamos encontrar ese Laboratorio natural en el que se cuecen los elemetos que dan lugar a las sustancias necesarias para la aparición de la vida. Este producto de una explosión supernova, contiene todos los ingredientes necesarios para ello y, de este conglomerado de gas y polvo en el que están presentes átomos y moléculas diversas, se encuentra la fuente, no sólo de nuevas estrellas y nuevos mundos, sino que, también están ahí los materiales necesarios para el surgir de la vida.

Muchas son las veces que aquí, en este lugar dedicado a distintas disciplinas de la Ciencia, hemos hablado de la Vida. Sin embargo, nunca nos hemos parado a explicar algunos de los procesos del origen de la vida, conociendo antes, aunque sea de manera sencilla y sin profundidad, aquellos principios básicos de la estructura del protoplasma, ese sustrato material que será la base de todos los seres vivos, sin excepción.  Para poder alcanzar nuestro objetivo y así poder responder a la cuestión de la evolución y al proceso del orgien de la vida, una de las fuentes que debemos conocer, es, sin duda alguna, el protoplasma y, la mejor explicación la encontré en el Libro de Alesandr Ivanovich Oparín, El Origen de la Vida que nos lo cuenta como como sigue:

A finales del siglo XIX y principios del XX, había científicos que creían que los organismos sólo eran “máquinas vivientes” especiales, de estructuras muy complejas y, aseguraban que la estructura del protoplasma era algo así como una máquina, construido conforme a un determinado plan y que estaba formado por “vigas” y “tirantes” como si de un puente se tratara y que, de manera similar a éste, los lazos de unión tenían unida toda la estructura que, de esta manera, se mantenía firme, y, esa estructura de tan estricto orden en la colocación recíproca de las distintas partes del protoplasma, era precisamente, según ellos, la causa específica de la vida.

        ¿Será nuestro planeta como una gran célula viva con sus propias reglas biológicas?

Pero el estudio concreto del protoplasma desmintió esta teoría mecanicista. Fue probado que no existía ninguna estructura parecida a una máquina ni siquiera a las de máxima precisión, en el interior del protoplasma.

Es bien conocido que la masa básica del protoplasma es líquida; nos hallamos ante un coacervado complejo, constituido por una gran cantidad de sustancias orgánicas de un peso molecular considerable, entre estas destacan las proteínas y los lipoides. Por esta razón, se encuentran flotando a su libre albedrío en esa sustancia coacervática fundamental, partículas filamentosas coloides, quizás enormes moléculas proteínicas sueltas, y muy probablemente, auténticos enjambres de esas moléculas. El tamaño de las partículas es tan diminuto que no se distinguen ni a través de los microscopios actuales más sofisticados. Pero encontramos otros elementos visibles en el interior del protoplasma. Cuando las moléculas proteínicas y de otras sustancias se unen formando conglomerados, destacan en la masa protoplasmática en forma de pequeñas gotas, captadas a través del microscopio, o en forma de coágulos, con una determina estructura denominados elementos morfológicos. El núcleo, las plastídulas, las mitocondrias, etcétera.

 

 

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les llama pluricelulares En estos últimos el número de células es variable: de unos pocos cientos, como en algunos nematodos, a cientos de billones (1014), como en el caso del ser humano.. Las células suelen poseer un tamaño de 10 μm y una masa de 1 ng, si bien existen células mucho mayores.

Estos elementos protoplasmáticos, observables a través del microscopio, son, esencialmente, una manifestación aparente y externa de determinadas relaciones de solubilidad, enormemente complejas, de las distintas sustancias que conforman el protoplasma y que se ha podido comprobar que tiene, un papel determinante, en el curso del proceso de la vida, que no se puede comparar de ningún modo con el papel que desempeña una máquina en su trabajo específico. Esto queda totalmente justificado por la sencilla razón de que una máquina y el protoplasma son dos sistemas distintos y contrarios.

Sin duda, lo que caracteriza la función de una máquina es el desplazamiento mecánico de sus diferentes partes en el espacio. Por esa razón hay que insistir que el elemento más importante de la estructura de una máquina es, precisamente, la colocación de sus piezas; mientras que el proceso vital tiene un carácter totalmente distinto. Se manifiesta esencialmente con el recambio de sustancias, o sea, con la interacción química de las diferentes partes que conforman el protoplasma. Por esto deducimos que el elemento primordial en toda la estructuración del protoplasma es el orden concreto que siguen los procesos químicos en el tiempo, la forma tan armónica en que se combinan, siempre con tendencia a conservar en su conjunto el sistema vital.

Es de vital importancia para la formación del protoplasma que exista una estructura interna determinada. Pero otro factor no menos decisivo es la organización en el tiempo, o sea, que los procesos que se dan en el protoplasma lo hagan en armonía. Cualquier organismo, tanto animal, planta o microbio, vive únicamente mientras pasen por él, de forma continuada y constante, nuevas partículas de sustancias, cargadas de energía. Distintos cuerpos químicos pasan del medio ambiente al organismo; y cuando están dentro, sufren unos determinados y esenciales trastornos, mediante los cuales acaban convirtiéndose en sustancias del propio organismo invadido y serán iguales que aquellos cuerpos químicos que antes formaban parte del ser vivo. Este proceso se conoce con el nombre de asimilación. Sin embargo, de forma paralela a este proceso se da la desasimilación, que se trata precisamente del proceso contrario, es decir, las distintas sustancias que forman la parte del organismo vivo son sensibles a los cambios del propio organismo, se desintegran a menor o mayor velocidad, y son sustituidas por los cuerpos asimilados. De esta forma, los productos de la desintegración se echan al medio envolvente.

 

¡Y pensar que todo está formado por esas partículas infinitesimales que llamamos Quarks y Leptones!

Es muy cierto que la sustancia del organismo vivo siempre se encuentra en movimiento, desintegrándose y volviendo a formarse de manera continua en virtud de la gran cantidad de reacciones de desintegración y síntesis, que se dan guardando una fuerte relación entre ellas. Ya Heráclito, aquel gran dialéctico de la antigua Grecia, nos decía: “nuestros cuerpos fluyen como un arroyo, y de la misma manera que el agua de éste, la materia se renueva en ellos.” Está claro que una corriente o un chorro de agua pueden mantener su forma, su aspecto externo, durante un tiempo, pero su aspecto sólo es la manifestación exterior de ese proceso continuo y constante del movimiento de las partículas del agua. Incluso la misma existencia de este sistema depende, naturalmente, de que las renovadas moléculas de materia pasen constantemente, y a una velocidad determinada por el chorro de agua. Pero si interrumpimos este proceso, el chorro dejará de existir como tal. Lo mismo sucede en todos los sistemas conocidos como dinámicos, los cuales tienen un proceso concreto.

Es un hecho concreto e innegable que los seres vivos también son sistemas dinámicos. Igual que el chorro de agua al que antes hacíamos referencia, su forma y su estructura sólo forman parte de la expresión externa y aparente de un equilibrio, muy competente, formado por procesos que se dan en el ser vivo en sucesión permanente a lo largo de toda su vida. Sin embargo, el carácter de estos procesos es totalmente diferente a los que ocurre en los sistemas dinámicos de la naturaleza orgánica.

Las moléculas de agua llegan al chorro, ya como moléculas de agua, y lo atraviesan sin que se produzca ningún cambio. Pues el organismo toma del medio ambiente sustancias ajenas y desconocidas para él, pero a continuación, mediante procesos químicos muy complejos, son convertidos en sustancias del propio organismo, muy parecidas a los materiales que forman su cuerpo.

Precisamente esto es lo que hace posible las condiciones que mantienen constantemente la composición y estructura del organismo, ignorando este proceso continuo e ininterrumpido de desasimilación que se da en todos los organismos vivos.

 

Así pues, desde una perspectiva puramente química, el recambio de sustancias, también llamado metabolismo, es un conjunto enorme de reacciones más o menos sencillas, de oxidación, reducción, hidrólisis, condensación, etcétera. Lo que lo hace diferente del protoplasma, es que en el metabolismo, estas reacciones se encuentran organizadas en el tiempo de de cierto modo, las cuales se combinan para poder crear un sistema integral. Dichas reacciones no surgen por casualidad, y de forma caótica, sino que se dan en estricta sucesión, y en un orden armónico concreto.

Ese orden será la base de todos los fenómenos vitales conocidos. En la fermentación alcohólica, por ejemplo, el azúcar proveniente del líquido, que es fermentable, penetra en la célula de la levadura, sufriendo determinados trastornos químicos. O sea, primero se le incorpora el ácido fosfórico y luego se divide en dos partes.

Una de las cuales experimentará un proceso de reducción, mientras que la otra se oxidará, quedando convertida, finalmente, en ácido pirúvico, que más tarde se descompondrá en anhídrido carbónico y acetaldehído. Este último se reducirá, quedando transformado después en alcohol etílico. Como resultado, podemos observar que el azúcar queda convertido en alcohol y anhídrido carbónico.

 


 

Aquí podemos contemplar una célula de levadura. Se reproducen por germinación o sexualmente (…algo más interesante…). Las protuberancias de esta célula (esos círculos que parecen ojos de pescado) son las huellas de las cicatrices dejadas por las yemas al separarse. La fotografía aumenta el tamaño de la célula 12.500 veces.

Esto nos demuestra que en la célula de la levadura, lo que determina la producción de estas sustancias es el extraordinario rigor con que se dan todas estas reacciones, las cuales se suceden de forma muy ordenada. Sólo con que sustituyésemos en esta cadena de transmutaciones un único eslabón o si alterásemos en lo más mínimo el orden de dichas transmutaciones ya no tendríamos como resultado alcohol etílico, sino cualquier otra sustancia. En efecto, en las bacterias de la fermentación de la leche, el azúcar, al principio sufría los mismos cambios en la levadura, pero cuando se llega a la fermentación del ácido pirúvico, éste ya no se descompone, todo lo contrario, se reduce al instante. Esto explica que en las bacterias de la fermentación láctica el azúcar no se transforme en alcohol etílico, sino en ácido láctico.

Un estudio de la síntesis de distintas sustancias en el protoplasma demuestra que éstas no se crean de repente, y no provienen de un acto químico especial, sino que son el resultado de una cadena larguísima de trastornos químicos.

No puede constituirse un cuerpo químico complejo, propio de un ser vivo en concreto, sin que se produzcan centenares o miles de reacciones en un orden regular, constante, y ya previsto con rigurosidad, lo cual constituirá la base de la existencia del protoplasma.

Porque cuanto más compleja es la sustancia, más reacciones intervienen en su formación dentro del protoplasma y estas reacciones deben coordinarse entre sí con mayor rigor y exactitud. En efecto, investigaciones bastante recientes han demostrado que en la síntesis de las proteínas a partir de los aminoácidos toman parte gran cantidad de reacciones que se producen en una sucesión muy ordenada. Únicamente como consecuencia de esta rigurosa armonía, de esta sucesión ordenada de las reacciones, se da en el protoplasma vivo ese ritmo estructural, esa regularidad en la sucesión de los distintos aminoácidos que también podemos apreciar en las proteínas actuales.

Por consiguiente, las moléculas proteínicas, así originadas y con una estructura determinada se agrupan entre sí, y ciertas leyes las hacen tender a la formación de auténticos conglomerados moleculares que se acaban separando de la masa protoplasmática y se distinguen como elementos morfológicos, visibles a través del microscopio, como formas protoplasmáticas características por su gran movilidad. De esta manera, la composición química propia del protoplasma, como su estructura, son la manifestación del orden en que se producen estos procesos químicos que se dan de forma continua y permanente en la materia viva.

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Las grandes moléculas de los sistemas vivos tienen una estructura modular mantenida mediante enlaces covalentes y formada esencialmente por tan sólo seis elementos químicos: Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo y Azufre. Los azúcares (moléculas formadas en torno a un anillo de carbono, oxígeno e hidrógeno) son los bloques de construcción básicos de los carbohidratos. Los almidones y la celulosa están compuestos por cadenas de azúcares (glucosa), siendo utilizados los primeros como almacenamiento de energía y la celulosa como estructura de las paredes celulares vegetales. Las diferencias entre ambas moléculas son tan sutiles como pequeñas variaciones en los enlaces intermoleculares, pero el resultado es tan diferente que nuestro organismo, por ejemplo, puede digerir el almidón y no la celulosa.

Pues bien, debemos preguntarnos de qué depende ese orden, propio de la organización del protoplasma, y cuáles son sus causas inmediatas. Un estudio minucioso sobre esta cuestión dejará demostrado que el orden indicado no es simplemente algo externo, que queda al margen de la materia viva, teoría defendida por los idealistas; en cambio, hoy día, sabemos perfectamente que la velocidad, la dirección y el encadenamiento de las diferentes reacciones, todo lo que forma el orden que estamos viendo, depende totalmente de las relaciones físicas y químicas que se establecen en el protoplasma vivo.

Las propiedades químicas de las sustancias integradoras del protoplasma, en primer lugar, y también las de las sustancias orgánicas que intervienen son las que constituyen la base de todo ello. Dichas sustancias orgánicas poseen enormes posibilidades químicas y pueden generar gran variedad de reacciones. Pero, aprovechan estas posibilidades con mucha “pereza”, lentamente, a veces a una velocidad ínfima. En muchas ocasiones, se necesitan meses e incluso años, para que llegue a producirse alguna de las reacciones efectuadas entre las mismas sustancias orgánicas. Por esto, los químicos, para acelerar el proceso de las reacciones entre las sustancias orgánicas, usan a menudo en su trabajo diferentes sustancias de acción enérgica-ácidos y álcalis fuertes, etcétera.

Para conseguir tal aceleramiento cada vez con más frecuencia, los químicos recurren a la utilización de los catalizadores. Hace ya mucho tiempo que habían notado que sólo con añadir una pequeña dosis de algún catalizador a la mezcla donde se estaba realizando una reacción, se producía un gran aceleramiento de ésta. Además, otra propiedad propia e los catalizadores es que no se destruyen durante el proceso de la reacción, y cuando esta finaliza, comprobamos que queda exactamente la misma cantidad de catalizador que añadimos a la mezcla al principio. Así que, cantidades insignificantes de catalizador son suficientes, muchas veces, pata provocar la rápida transmutación de masas considerables de diferentes sustancias. Esta cualidad, hoy día, es de gran utilidad para la industria química, que usa como catalizadores distintos metales, sus óxidos, sus sales y otros cuerpos orgánicos o inorgánicos. Las reacciones químicas dadas en animales y vegetales entre las distintas sustancias orgánicas se suceden a gran velocidad. De lo contrario, la Vida no pasaría tan rápida como en realidad pasa. Se sabe que la gran velocidad de las reacciones químicas producidas en el protoplasma es debida a la presencia constante de catalizadores biológicos especiales llamados fermentos.

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Leyendo sobre el Protoplasma y sus complejos caminos, podemos llegar a comprender que, efectivamente, todos somos uno, y, sin embargo, diferentes. ¡Ese largo camino recorrido hasta llegar aquí! No sabemos mediante qué mecanismos llegan a nuestros cerebros esas ráfagas luminosas del saber que, a unos les hace comprender ciertas cuestiones complejas y, a otros no nos llegan esos fogonazos de luz que alumbren los rincones oscuros existentes en nuestras mentes. Así, para unos es el futbol y para otros las estrellas su mayor preocupación.

Hace tiempo que estos fermentos fueron descubiertos, y ya con anterioridad, los científicos se habían fijado en ellos. Pues resultó que los fenómenos se podían extraer del protoplasma vivo y así separarse en forma de solución acuosa o como polvo seco de fácil solubilidad. Esto me hace pensar en lo que ocurre en las Nebulosas. No hace mucho se consiguieron fermentos en forma cristalina y se resolvió su composición química. Estos resultaron ser proteínas, y muchas veces, en combinación con otras sustancias de distinta naturaleza. Estos fermentos, por el carácter de su acción, se asemejan a los catalizadores inorgánicos. Sin embargo, se diferencian de ellos por la increíble intensidad de sus efectos.

En este sentido, los fermentos superan a los catalizadores inorgánicos de acción en centenares de miles, y en ocasiones hasta en millones de veces. Así que en los fermentos de naturaleza proteínica  se da un mecanismo increíblemente perfecto y racional que hace posible acelerar las reacciones químicas entre las distintas sustancias orgánicas. Los fermentos también se caracterizan por la excepcional especifidad de su acción.

Por supuesto, esto es a causa de las particularidades del efecto catalítico de las proteínas; pues la sustancia orgánica (el sustrato) que sufre alteraciones en el transcurso del proceso metabólico, forma ya al principio, una unión bastante compleja aunque de corta duración, con la correspondiente proteína-fermento. Esta fusión tan completa, no es estable, pues sufre distintos trastornos con mucha rapidez: el sustrato sufre las transformaciones correspondientes y el fermento se regenera, para poder unirse de nuevo a otras porciones del sustrato.

Entonces, para que las sustancias integradoras del protoplasma vivo puedan participar realmente con el metabolismo, debe combinarse con una proteína y constituir con ella un enlace complejo. De no ser así, sus posibilidades químicas se producirán muy lentamente y entonces perderán toda su importancia en el impetuoso proceso vital. Por esta razón el cómo se modifique una sustancia orgánica en el transcurso del metabolismo, depende, además de la estructura molecular de esta sustancia, y de las posibilidades químicas de la misma, también de la acción de fermentación de las proteínas protoplasmáticas, las cuales se encargan de llevar esa sustancia al proceso metabólico general.

Los fermentos, además de ser un poderoso acelerador de los procesos químicos sufridos por la materia viva; son también un mecanismo químico interno, el cual se encarga de que esos procesos sean conducidos por un cauce muy concreto. La gran especificidad de las proteínas-fermentos consigue que cada una de ellas forme enlaces complejos sólo con determinadas sustancias y catalice solamente algunas reacciones. Por esto, cuando se produce éste o el otro proceso vital, y con más motivo, cuando se verificas todo el proceso metabólico, actúan miles de proteínas-fermento de distintas clases. Cada una de estas proteínas puede catalizar de forma específica una sola reacción, y sólo el conjunto de acciones de todas ellas, en muy precisa combinación, hará posible ese orden regular de los fenómenos que entendemos como base del metabolismo.

                                                                    ¡Es tanta la diversidad de la Vida!

Con el uso de los distintos fermentos específicos que se obtienen a partir del organismo vivo, en el laboratorio, pueden reproducirse de forma aislada cada una de las reacciones químicas, y todos los eslabones que forman el proceso metabólico. Así desenredamos el ovillo tan sumamente complicado de las transmutaciones químicas producidas durante el metabolismo, donde miles de reacciones individuales se mezclan. Por este mismo procedimiento se puede descomponer el proceso metabólico en sus diferentes etapas químicas, se puede analizar las sustancias integradora de la materia viva, y además los distintos procesos realizados en ella.

De esa manera se demostró que la respiración funciona a partir de una serie de reacciones como la oxidación o la reducción, dichas reacciones se dan con muchísimo rigor en un orden estricto y cada una de éstas es catalizada por un fermento específico (S.Kóstichev, A. Liédev y otros autores).

Hoy día, ya hemos dado el salto del análisis de los procesos vitales a su reproducción, a su síntesis. De esta forma, combinando de manera precisa en una solución acuosa de azúcar, una veintena de fermentos distintos, obtenidos a partir de seres vivos, pueden reproducirse los fenómenos propios de la fermentación alcohólica. En este líquido, donde gran cantidad de proteínas distintas se hallan disueltas, los trastornos que sufre el azúcar son verificados en el mismo orden regular que siguen en la levadura viva, aunque aquí no existe ninguna estructura celular.

Todos estos procesos son, en realidad, terriblemente complejos y están expuestos a que, cualquier alteración del medio incida de manera directa en su devenir. Pero, por otra parte y en las  circunstancias adecuadas, no existe ningún factor físico o químico, ni sustancia orgánica o sal inorgánica que, de alguna manera, puedan alterar el curso de las reacciones fermentativas. Cualquier aumento o disminución de la temperatura, alguna modificación de la acidez del medio, del potencial oxidativo y de la composición salina o de la presión osmótica, alterará la correlación entre las velocidades de las distintas reacciones de fermentación, y de esta forma cambia su sucesión temporal. Es aquí donde se asientan todas las premisas de esa unidad entre el organismo y el medio, tan característica de la vida.

Esta organización tan especial de la sustancia viva influye en gran manera, en las células de los organismos actuales, en el orden y la dirección de las reacciones fermentativas, las cuales son la base del proceso metabólico. Cuando se agrupan las proteínas entre sí pueden quedar aisladas de la solución general y conseguir diferentes estructuras protoplasmáticas de muy ágil movimiento. Con total seguridad, sobre la superficie de estas estructuras se encuentran concentrados gran cantidad de fermentos.


Aparato de Miller que buscaba la Actividad integradora del
Origen de la vida 

Está claro que el orden característico de la organización del protoplasma está basado en las distintas propiedades químicas de las sustancias integradoras de la materia viva. Esta gran variedad de sustancias existentes y su increíble capacidad de originar gran cantidad de reacciones químicas, pueden generar incalculables trastornos y cambios químicos. Pero debemos tener en cuenta que en el protoplasma vivo existen una serie de factores externos e internos que rigen estas transmutaciones, son factores como la presencia de conjuntos de fermentos; su relación cualitativa; la acidez del medio circundante; el potencial de oxido-reducción; las propiedades coloidales del protoplasma y su estructura, entre otros.

Todos estos fenómenos entrelazados entre sí y fuertemente relacionados con el orden regular de las reacciones químicas son propios del protoplasma vivo que desemboca en la muestra de estructuras morfológicas muy variadas. Pues bien, todo este orden sigue una dirección muy concreta, persigue un objetivo que al final desemboca en eso que llamamos vida y es verdaderamente importante darse cuenta de que, la dinámica del Universo, a través de las estrellas, de las explosiones supernovas, de las nebulosas y, finalmente, de los mundos, se vale de un conjunto de sucesos que vistos desde fuera pudieran parecer inmersos en un inmenso Caos pero que, en realidad, son simplemente pasos necesarios para que, la materia inerte, tome forma y evolucione hasta la vida que, de una u otra manera siempre se abrirá paso y estará presente en los lugares más insospechados que imaginar podamos, ya que, la vida, es algo irreversible en nuestro universo y está llamada a poblar miles de millones de mundos donde tomará las más variadas formas, unas veces conscientes y otras no, conformando un escenario de diversidad en el que, como ahora sabemos, prevalecerá aquella forma de vida que es consciente de SER.

Ahora conocemos las leyes de la Naturaleza, sabemos cómo se forman las distintas sustancias y elementos y que es, lo que de ellas puede surgir cuando se mezclan de una manera determinada y qué es lo que puede pasar cuando todo esto ocurre en el marco adecuado y en presencia de las condiciones idóneas para que surja el orden vital y su carácter perfectamente armónico que le hace estar siempre en consonancia con las condiciones del medio ambiente.

Todo esto nos lleva a comprender que es necesario e ineludible profundizar mucho más en la evolución de la materia a lo largo de la historia del mundo, del Sistema Solar, del Universo en los que, no puede caber ninguna duda, surgió, a partir de esa materia “inerte” lo que conocemos como ¡Vida! En sus miles de formas y colores (también olores y diversa y maravillosa hermosura) que, se podría decir, sin lugar a equivocarnos que, la esencia del Universo es, precisamente la Vida.

Todo fue posible a que, de alguna manera que no hemos llegado a comprender (aún), la vida surgió durante toda esta serie de procesos complejos inmersos en el Caos de una Complejidad que transmutaba la materia simple en otra, cada vez más compleja y organizada que seguía unos pasos que la llevaba a conseguir estructuras impensables de un orden superior y mucho más elevado de lo que, la “simple” materia, nos haría suponer que sería posible. Claro que, todo ello, sólo y únicamente fue posible gracias a la interrelación de la materia con el medio donde se dieron las bases para hacer posible la formación de sistemas individuales de orden plurimolecular que fue el factor determinante para la aparición de la vida y su posterior desarrollo en el planeta tal como la conocemos.

En el Universo todo es energía…la Vida, también.

emilio silvera