Esto es simplemente el primer paso hacia nuestra destrucción. Dicen que los expertos quieren dotar a estos “seres” artificiales de consciencia de Ser. ¿Nos estaremos volviendo locos?
A mí, particularmente, me da mucho miedo un futuro en el que las máquinas sean imprescindibles. En este mismo momento ya casi lo son. ¿Qué haríamos sin ordenadores que mediante sus programas dirigen fábricas, llevan todo el movimiento de las Bolsas del mundo y de los bancos, dirigen los satélites del espacio, llevan a cabo complicadas operaciones quirúrgicas y montan y ensamblan elaborados mecanismos industriales? El mundo quedaría paralizado.
Pienso en un mundo mucho más avanzado, dentro de 500 – 1.000 años. ¿Qué habrá pasado con los robots?, máquinas cada vez más perfectas que llegaron a autofabricarse y repararse. ¿Cómo evolucionarán a partir de esos procesadores inteligentes de la nanotecnología? ¿Llegarán algún día a pensar por sí mismos? Ahí puede estar uno de los grandes peligros de la Humanidad.
La invención del robot (del checo, robota, trabajo) se debe al esfuerzo de las sociedades humanas por liberarse de las labores más ingratas y penosas a que se ven obligados algunos de sus individuos. En un principio, la apariencia de los robots sólo atendía a las razones prácticas de las funciones que cada modelo tenía que desempeñar, o sea, su morfología estaba aconsejada por criterios funcionales y prácticos.
Una vez superada la primera fase, el hombre trata de fabricar robots que cada vez sean más semejantes a su creador, y aunque las primeras figuras han sido algo groseras y poco hábiles en sus movimientos, poco a poco se va perfeccionando la imitación de los humanos.
Si estos “seres” artificiales llegan a comprender que “son”, si le damos conciencia, si son más fuertes que nosotros, ellos no duermen, no se cansan, no tienen enfermedades, no necesitan respirar en el Espacio exterior ni en ninguna otra parte… ¿Para qué querrían a los humanos? Lo cierto es que, pensar en toso eso… ¡Dá mucho miedo!
Un robot se diferencia fundamentalmente de una máquina por su capacidad para funcionar de modo automático sin la acción permanente del hombre. Los primeros robots se mostraron especialmente válidos para llevar a cabo aquellos trabajos sencillos y repetitivos que resultaban tediosos y pesados al hombre (al Ser Humano mejor). También son ideales para el trabajo en el que se está expuesto a cierto peligro o se trabaja con materiales peligrosos en lugares nocivos para los seres vivos.
Estos nos parecían graciosos
Estos nos producen mucho miedo
Las máquinas del futuro nos pueden superar. Hemos comenzado a inventar robots que, cada vez son más sofisticados y tienen más prestaciones y, de seguir por ese camino, de no poner unas reglas claras, precisas u rígidas sobre el límite…las cosas podrían salir mal.
Una de las condiciones esenciales que debe tener una máquina-robot para ser considerada como tal es la posibilidad de ser programada para hacer tareas diversas según las necesidades y la acción que de ellos se requieran en cada situación. Y, si llegan a poseer la potestad de pensar por sí mismas, de repentizar soluciones no programadas, de sentir y ser conscientes…¡malo!
Dentro de algunas decenas de años, por ejemplo, no será necesario que ningún astronauta salga al espacio exterior para reparar estaciones espaciales o telescopios como hacen ahora, con riesgo de sus vidas, con el Hubble.
El miedo a los robots del futuro que antes citaba está relacionado con el hecho de que la robótica es el estudio de los problemas relacionados con el diseño, aplicación, control y sistemas sensoriales de los robots.
Ya van quedando muy viejos aquellos robots de primera generación (en realidad brazos mecánicos), muy utilizados en labores de menos precisión de la industria automovilística. Hoy día, los robots que se fabrican, están provistos de sofisticados sistemas “inteligentes” que son capaces de detectar elementos e incluso formas de vida rudimentarias. El proyecto de la NASA en el río Tinto es un ejemplo de ello; allí han utilizado pequeños robots capaces de comunicar datos científicos de los hallazgos en el fondo de un río. Actúan mediante programas informáticos complejos o no, que hacen el trabajo requerido.
La aeronáutica espacial… ¡Hacia el futuro!
Resulta increíble como en estas factorías, se ponen en marcha tratando a la materia prima en bruto, aquí mecánicamente se refina, se elabora y se le da el tratamiento adecuado para que, finalmente, salga el producto elaborado y embazado listo para la exposición y venta al público.
¡Si nuestros abuelos levantaran la cabeza…!
Las necesidades de la industria aeronáutica, poco a poco, han ido exigiendo sistemas de mayor precisión, capaces de tomar decisiones adecuadas en un entorno predefinido en función de las condiciones particulares de un momento dado. Estos ingenios, llamados de segunda generación, poseen instrumentos propios y programación informática dotada de medios de autocorrección frente a estímulos externos variables.
Estos dispositivos se desarrollan en años 80, y se distinguen de los anteriores por el manejo mediante servo-control y la incorporación de sensores que que aportan información del entorno: sensores táctiles, de presión de proximidad, sistemas de visión, radar, sonar, etc.
Los sensores utilizados por los sistemas robóticas de segunda generación son, con frecuencia, equipos de cámaras electrónicas digitales que convierten la imagen luminosa recibida desde el exterior en impulsos eléctricos que se comparan con patrones almacenados en un pequeño núcleo de memoria informática. Así mismo, disponen de instrumentos táctiles de alta sensibilidad y de detección de pesos y tensiones.
Muy pronto, todo será diferente
Los robots de tercera generación emplean avanzados métodos informáticos, los llamados sistemas de inteligencia artificial, y procedimientos de percepción multisensorial (estoy leyendo una maravillosa tesis doctoral de un ingeniero de materiales – hijo de un buen amigo – que es fascinante, y me está abriendo la mente a nuevos campos y nuevos conceptos en el ámbito de la inteligencia artificial. Su nombre es A. Mora Fernández, y tiene la suerte de ser, además, un físico teórico matemático, con lo cual, según lo que puedo deducir de su trabajo, le espera grandes empresas y mi deseo personal es que triunfe en ese complejo mundo de fascinantes perspectivas al que pertenece).
Realizan funciones que eliminan de la ecuación al Ser Humano
Estos ingenios de tercera generación adoptan algunas características del comportamiento humano al contar con la capacidad para percibir la realidad del entorno desde varias perspectivas y utilizar programas que rigen su propia actuación de modo inteligente. Conscientes de su situación espacial, los robots de tercera generación comprenden directamente el lenguaje humano y lo utilizan para comunicarse con las personas.
La ciencia robótica, basándose en avanzados principios de la electrónica y la mecánica, busca en la constitución y modo de funcionamiento del cuerpo y del cerebro humano los fundamentos con los que diseñar androides de posibilidades físicas e intelectivas semejantes a los del ser humano.
Nada de esto es ciencia ficción; es lo que hoy mismo ocurre en el campo de la robótica. Aún no podemos hablar de robots con cerebros positrónicos capaces de pensar por sí mismos y tomar decisiones que no le han sido implantados expresamente para responder a ciertas situaciones, pero todo llegará. Ya tienen velocidad, flexibilidad, precisión y número de grados de libertad. ¿Qué hasta donde llegarán? ¡Me da miedo pensar en ello!
Pronto nos costará distinguirlos
Mecánicamente, el robot ya supera al ser humano; hace la misma tarea, con la misma velocidad y precisión o más que aquél, y tiene la ventaja de que no se cansa, puede continuar indefinidamente desempeñando el trabajo en lugares que para nosotros serían imposibles por sus condiciones extremas.
Menos mal que, de momento al menos, el cerebro del ser humano no puede ser superado por un robot, ¿pero será para siempre así? Creo que el hombre es un ser que, llevado por sus ambiciones, es capaz de cometer actos que van encaminados a lograr la propia destrucción y, en el campo de la robótica, si no se tiene un exquisito cuidado, podemos tener un buen ejemplo.
Antes de dotar a estas máquinas de autonomía de obrar y de pensar, debemos sopesar las consecuencias y evitar, por todos los medios, que un robot pueda disponer como un ser humano del libre albedrío, como artificial que es, siempre debe estar limitado y tener barreras infranqueables que le impidan acciones contrarias al bienestar de sus creadores o del entorno.
Es muy importante que los sistemas sensoriales de los robots estén supeditados a los límites y reglas requeridas por los sistemas de control diseñados, precisamente, para evitar problemas como los que antes mencionaba de robots tan avanzados y libre pensadores e inteligentes que, en un momento dado, puedan decidir suplantar a la Humanidad a la que, de seguir así, podrían llegar a superar.
Esta simpática imagen ya ha sido superada
Pensemos en las ventajas que tendrían sobre los humanos una especie de robots tan inteligentes que ni sufrirían el paso del tiempo ni les afectaría estar en el vacío o espacio exterior, o podrían tranquilamente, al margen de las condiciones físicas y geológicas de un planeta, colonizarlo fácilmente, aunque no dispusiera de atmósfera, ya que ellos no la necesitarían y, sin embargo, podrían instalarse y explotar los recursos de cualquier mundo sin excepción. ¡Menuda ventaja nos llevarían! Además, lo mismo que nosotros nos reproducimos, los robots se fabricarán unos a otros. Ni las famosas tres leyes de Asimos me tranquilizan… ¿Las recuerdan?
Primera Ley.-
Un robot no hará daño a un ser humano, ni por inacción permitirá que un ser humano sufra daño.
Segunda Ley.-
Un robot debe cumplir las órdenes dadas por los seres humanos, a excepción de aquellas que entren en conflicto con la primera ley.
Tercera Ley.-
Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no entre en conflicto con la primera o con la segunda ley.
Aprenderán de nosotros, no tienen prisa, y,… ¿Después qué?
Pero, ¿Quién puede asegurar que con los complejos y sofisticados sensores y elementos tecnológicos avanzados con los que serán dotados los robots del futuro, éstos no pensarán y decidirán por su cuenta? ¡Creo que nadie está en situación de asegurar nada! La amenaza está ahí, en el futuro, y el evitarla sólo depende de nosotros, los creadores. ¡Es tanta nuestra ignorancia!
Es curioso cuando mi mente está libre y divagando sobre una gran diversidad de cuestiones que, sin ser a propósito, se enlazan o entrecruzan las unas con las otras, y lo mismo estoy tratando de sondear sobre el verdadero significado del número 137 (sí, ese número puro, adimensional, que encierra los misterios del electromagnetismo, de la luz y de la constante de Planck – se denomina alfa (α) y lo denotamos 2πe2/hc), que me sumerjo en las profundidades del número atómico para ver de manera clara y precisa el espesor de los gluones que retienen a los quarks. Sin embargo, mi visión mental no se detiene en ese punto, continúa avanzando y se encuentra con una sinfonía de colores que tiene su fuente en miles y miles de cuerdas vibrantes que, en cada vibración o resonancia, producen minúsculas partículas que salen disparadas para formar parte en otro lugar, de algún planeta, estrella, galaxia e incluso, de algún personaje inteligente.
Me pregunto por el verdadero significado de la materia, y cuanto más profundizo en ello, mayor es la certeza de que allí están encerradas todas las respuestas. ¿Qué somos nosotros? Creo que somos materia evolucionada que ha podido alcanzar un nivel evolutivo en el que ya se tiene conciencia de Ser. Y, si eso es así (que lo es), ¿Qué puede impedir que en el futuro los robots tengan conciencia de ser, o, incluso, sentimientos? ¿No estaremos creando una nueva raza?
Sabremos alguna vez lo que es realmente la luz, o lo que es el Agua tan esencial para la Vida. También nos gustaría saber lo que somos realmente los humanos, nuestro real origen, de dónde venimos, hacia dónde vamos, qué hacemos aquí… Es tanta la carga que soportamos que, aunque inmaterial (la llamamos ignorancia), que es la causa de la mayor parte de los males que nos aquejan.
Pienso que toda materia en el universo está cumpliendo su función (nosotros también sin saberlo), para conformar un todo que, en definitiva, está hecho de la misma cosa, y que a partir de ella surgen las fuerzas que rigen el cosmos y toda la naturaleza del universo que nos acoge. La luz, la gravedad, la carga eléctrica y magnética, las fuerzas nucleares, todo, absolutamente todo, se puede entender a partir de la materia, tanto a niveles microscópicos como a dimensiones cosmológicas, todo son aspectos distintos para que existan estrellas y galaxias, planetas, árboles, desiertos, océanos y seres vivos como nosotros, que somos capaces de pensar en todo esto.
Parece mentira que, alguna vez, lleguen a sentir…llorar o reír
Mirando a mi alrededor, de manera clara y precisa, puedo comprobar que el mundo biológico está compuesto por una variedad de seres que, siendo iguales en su origen, son totalmente distintos en sus formas y en sus mentes, y, de la misma manera, al igual que en nuestro planeta Tierra, pasará en otros situados en regiones remotas del espacio. Y, pensando en nuestras vidas, podemos llegar a preguntarnos si todo ésto tiene algún sentido. ¿Para qué tanto esfuerzo y trabajo? ¿No será que estamos preparando el terreno para “seres” artificiales que, mejor dotados que nosotros para salir al espacio exterior, serán los que suplan a la Humanidad y cumplan finalmente sus sueños.
… Como lleguen a tener entendimiento…
¡Qué lastima! Si ese fuera nuestro destino. ¡Fabricar a una especie artificial para que cumpliera nuestros deseos! Lo cierto es que, nosotros los humanos, no estamos físicamente preparados para viajar a las estrellas, y, de hacerlo, necesitaríamos dotarnos de tanta seguridad que, los costes, serían impensables. Naves como ciudades que nos transportaran muy lejos, y, pensando en que estamos supeditamos a la velocidad de la luz, estas naves-ciudades estarían preparadas para mantener a generaciones.
Ciudades que surcan el hiperespacio. Atlantis, la ciudad perdida hecha por los antiguos
Nuestro futuro es muy incierto, y, como podemos ver cada día, estamos supeditados a los caprichos de la Naturaleza. Conceptualmente, la biología generalmente va a la saga de la física. Si bien es cierto que las ideas de Darwin sobre la evolución han desplazado la concesión trasnochada y, ¿por qué no?, anti-ilustrada de la creación espacial, pero es cierto que bien entrado el siglo XX, muchos biólogos todavía pensaban instintivamente que los seres humanos representaban la culminación de la evolución, y que nuestra especie no era simplemente el centro del desarrollo evolutivo sino, en realidad, su razón de ser. Y, tales pensamientos, nos pueden dar una idea muy clara del nivel de sabiduría del que podemos presumir.
Ahora sabemos que nuestra contribución al árbol genealógico de la vida es tan periférica y minúscula como la de la Tierra en el Universo. El árbol, tal como lo podemos ver hoy, es realmente frondoso. Desde que surgió la vida en la Tierra, probablemente haya producido cientos de miles de millones, quizás billones, de ramitas, donde cada ramita representa una especie, y Homo sapiens es sólo una más entre ellas. En pocas palabras, nuestra especie ha sido tan cabalmente “periferalizada” por la biología como lo ha sido por la cosmología. Sólo somos una de las formas de vida que habita el Universo y, no es seguro que seámos la más inteligente.
Ciudades futuras que ni podemos imaginar
Una vez que hemos comprendido que no somos “los elegidos” y que, estamos en este Mundo, una infinitesimal fracción de una Galaxia de entre cientos de miles de millones de ellas, podemos ser conscientes de que, la humildad será nuestra mejor elección para no equivocarnos y llevarnos decepciones que, en otro caso, serían de consecuencias muy graves. Muchas pueden ser las criaturas que, habitantes de otros mundos, nos puedan superar en inteligencia y conocimientos y, seguramente por eso, porque en nuestro fuero interno algo nos dice que es así, nos estamos preparando para ese futuro que irremediablemente llegará, y, lo único que podemos hacer es crear réplicas de nosotros mismos que, aunque artificiales, puedan representarnos de alguna manera en ese futuro incierto.
No podemos saber lo que vendrá. ¡Es tan grande el Universo!
Ese encuentro maravilloso que tantas veces hemos imaginado, es posible que no lo sea tanto. No podemos saber las criaturas que pueden estar presentes en otros mundos y con qué medios puedan contar. Siempre se me hizo cuesta arriba el hecho de que, algún día del futuro, los robots fabricados por nosotros, podrían adquirir la supremacía del planeta. Sin embargo, alguna vez he pensado también que, quizás, sea la única manera de poder hacer frente a lo que vendrá.
Ideas que surgen de la imaginación desbordante de nuestras mentes
Hemos oído en no pocas ocasiones que la realidad supera a la imaginación, y, desde luego, simplemente con ver todo lo que existe en el Universo, podemos dar fe de tal afirmación. ¿Quién iba a pensar hace 150 años en la existencia de Agujeros Negros o Estrellas de Neutrones? Y, de la misma manera que aquí en la Tierra surgieron cientos de miles de especies y formas de vida a lo largo de su historia, ¿qué prohíbe que en otros mundos surgieran también especies de vida que ni podemos imaginar? ¿Y la Naturaleza?Con un suspiro puede acabar con todos nosotros que, en realidad, somos menos que una mota de polvo en la inmensa Orión. Sin embargo algunos, se crren importantes, ¡ilusos!
Cualquier cosa puede ser posible, ¡es tan frágil la línea que nos separa del Caos!
Es cierto, nuestras limitaciones son enormes, enorme es también nuestra ignorancia y, si somos conscientes de ello, habremos dado un gran paso para hacer frente a lo que pueda venir. Al menos no nos cogerá desprevenido y, el suceso es menos doloroso cuando se espera.
Sí, es verdad, que a veces, confundimos la ilusión y la euforia del momento con la realidad. Sin embargo, nada más lejos de ser cierto. Vivimos en una falsa seguridad cotidiana que nos hace no pensar en lo que puede llegar: Un accidente, una enfermedad, un meteorito caído del cielo, un terremoto, o, incluso una estrella enana marrón que choque con la Luna y dé al traste con nuestra tranquila vida en este planeta.
Como si de entrelazamientos cuánticos se tratará, el destino, ¡tiene tantas bifurcaciones!
Así que, ilusos y tranquilos (de otra manera sería horrible la vida), en estos últimos años hemos sido capaces de determinar los genes responsables de las más variadas manifestaciones de nuestra existencia: susceptibilidad a la obesidad, diferentes tipos de tumores, esquizofrenia, depresión o la mayor o menor capacidad para danza y ritmo. Y, con sorpresa para algunos, se ha podido saber que nuestra secuencia genética sólo difiere un 0’5% de nuestros parientes cercanos neandertales o que tampoco estamos muy lejos, genéticamente hablando, de algunos equinodermos que divergieron de nuestra rama evolutiva hace ahora 500 millones de años.
También, al mismo tiempo, hemos construido ingenios que enviados a otros mundos, situados a millones de kilómetros del nuestro, nos mandan imágenes que podemos contemplar tranquilamente sentados en el salón de nuestras casas. Y, paralelamente, se trabaja en cerebros artificiales espintrónicos y, más adelante, positrónicos que ocuparan cuerpos perfectos de robots que, aunque artificiales, algún día llegarán a pensar y sentir. ¿Serán nuestros sucesores? ¿Serán los que finalmente realizarán nuestros sueños de viajar a las estrellas?
Si tenemos que señalar el mayor de los misterios…
Sin embargo, y a pesar de tantas proezas, si en algo sigue la ciencia gateando en la oscuridad, es precisamente en el total desconocimiento de la parte más compleja y delicada de nuestro cuerpo: ¡ el Cerebro! ¡Si tuviéramos tiempo!
Sabemos que los electrones son partículas de la familia de los Leptones, tienen carga negativa, que existen en una nube alrededor del núcleo atómico. Son inimaginablemente pequeños, tan pequeños que se necesita de la mecánica cuántica para explicar su comportamiento peculiar. Sin embargo y a pesar de su pequeñez, son partículas fundamentales del Universo.
Algunas propiedades:
El valor del radio del electrón el SI es 2.817 940 322 7 (19) × 10−15 m.
Muchas veces hemos hablado del electrón que rodea el núcleo, de su carga eléctrica negativa que complementa la positiva de los protones y hace estable al átomo; tiene una masa de solamente 1/1.836 de la del núcleo más ligero (el del hidrógeno). La importancia del electrón es vital en el universo. Simplemente con que su carga fuera distinta en una pequeña fracción… ¡El mundo que nos rodea sería muy diferente! Y, ni la vida estaría presente en el Universo.
La Ciencia busca, teoriza y experimenta tratando de saber cómo funciona el universo
Pero busquemos los “cuantos”. La física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menor intensidad, por los objetos más fríos (radiación de cuerpo negro).
Hipótesis cuántica de Planck donde c es la velocidad de la luz en el vacío y k B k B es la constante de Boltzmann, k B = 1,380 × 10 −23 J/K . k B = 1,380 × 10 −23 J/K . La fórmula teórica expresada en la Ecuación 6.11 se denomina ley de radiación de cuerpo negro de Planck.
Estaba bien aceptado entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía. Pero si utilizamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de una radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para menores. Esta longitud de onda característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273º bajo cero). Cuando a 1.000º C un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de luz visible.
Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de onda, y por tanto, proporcional a la frecuencia de radiación emitida. La fórmula es E = hν, donde E es la energía del paquete, ν es la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.
Einstein realizó importantes descubrimientos en el campo fotoeléctrico. Éstos le hicieron merecedor del Premio Nobel de Física en 1922. El efecto fotoeléctrico afirma que un material es capaz de liberar o hacer circular electrones por un material conductor gracias a la energía recibida por un haz de luz.
Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una manera mucho más tajante: él sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en paquetes de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos del paquete de energía de Planck. El príncipe francés Louis-Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, propuso que no sólo cualquier cosa que oscila tiene energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta región del espacio, y que la frecuencia ν de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilantes de campos de fuerza, pero esto lo veremos más adelante.
La función de onda de Schrödinger nos acercó a ese mundo infinitesimal
La primera es la imagen obtenida por los físicos en el laboratorio y, la segunda es la Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, con la cual se quiere significar cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Lo cierto es que, el mundo de lo muy pequeño es extraño y no siempre lo podemos comprender.
El curioso comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de de Broglie. Poco después, en 1926, Edwin Schrödinger descubrió cómo escribir la teoría ondulatoria de de Broglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños quedaba exactamente determinado por las recién descubiertas “ecuaciones de ondas cuánticas”.
Está bien comprobado que la mecánica cuántica funciona de maravilla…, pero, sin embargo, surge una pregunta muy formal: ¿Qué significan realmente estas ecuaciones?, ¿Qué es lo que están describiendo? Cuando Isaac Newton, allá en 1867 formuló cómo debían moverse los planetas alrededor del Sol, estaba claro para todo el mundo qué significaban sus ecuaciones: que los planetas estaban siempre en una posición bien definida des espacio y que sus posiciones y sus velocidades en un momento concreto determinan inequívocamente cómo evolucionarán las posiciones y las velocidades en el tiempo.
Teletransporte y efecto túnel
El electrón está situado en una órbita exterior, llega un fotón energético que choca contra él, el electrón desaparece, y, de inmediato aparece en otra órbita más energética cerca del núcleo. ¿Por dónde hizo el viaje?, ¿Cómo se desplazó de una órbita a otra sin recorrer las distancias que les separan?
Pero para los electrones todo es diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en misterio. Es como si pudieran “existir” en diferentes lugares simultáneamente, como si fueran una nube o una onda, y esto no es un efecto pequeño. Si se realizan experimentos con suficiente precisión, se puede determinar que el electrón parece capaz de moverse simultáneamente a lo largo de trayectorias muy separadas unas de otras. ¿Qué puede significar todo esto?
El “universo de las partículas nunca ha sido fácil de comprender y su rica diversidad, nos habla de un vasto “mundo” que se rige por su propias reglas que hemos tenido que ir conociendo y seguimos tratando de saber, el por qué de esos comportamientos extraños y a veces misteriosos. Así, la pregunta anterior, de ¿qué puede significar todo eso?…
La pudo contestar Niels Bohr, de forma tal que, con su explicación se pudo seguir trabajando, y muchos físicos siguen considerando su respuesta satisfactoria. Se conoce como la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.
¿Qué es cuantizar?
“A principios del siglo XX la física sufrió dos revoluciones que la cambiaron para siempre. La mayor de ellas, la revolución cuántica, nos hizo ver que objetos matemáticos que dábamos por hecho que poseían existencia física, como, por ejemplo, la trayectoria de las partículas, en realidad de forma precisa no existen en la naturaleza. El principio de indeterminación nos dice que las partículas elementales no son ni ondas ni corpúsculos clásicos, sino unos objetos cuánticos que, en su movimiento, no siguen una trayectoria bien definida. En la teoría que describe el comportamiento de estos objetos, la mecánica cuántica, las variables dinámicas como la posición x o la cantidad de movimiento p no son números reales, sino operadores x^, p^ en un espacio vectorial cuyos elementos son los estados de la partícula cuántica. El principio de indeterminación da lugar a que estos operadores no conmutan, sino que obedecen a la relación de conmutación [x^,p^]=iℏ.
Así se estudia y experimenta en los aceleradores de partículas de qué está hecha la materia. El encontronazo y estallido final, nos descubre nuevas partículas. Estamos tratando de saber que puede existir más allá de los Quarks
Las leyes de la mecánica cuántica han sido establecidas con mucha precisión; permite cómo calcular cualquier cosa que queramos saber. Pero si queremos “interpretar” el resultado, nos encontramos con una curiosa incertidumbre fundamental: que varias propiedades de las partículas pequeñas no pueden estar bien definidas de manera simultánea. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una partícula con mucha precisión, pero entonces no sabremos exactamente dónde se encuentra; o a la inversa, podemos determinar la posición con precisión, pero entonces su velocidad queda mal definida. Si una partícula tiene espín (rotación alrededor de su eje), la dirección alrededor de la cual está rotando (la orientación del eje) no puede ser definida con gran precisión.
No es fácil explicar de forma sencilla de dónde viene esta incertidumbre, pero existen ejemplos en la vida cotidiana que tienen algo parecido. La altura de un tono y la duración en el tiempo durante el cual oímos el tono tienen una incertidumbre mutua similar. Para afinar un instrumento musical se debe escuchar una nota durante un cierto intervalo de tiempo y compararla, por ejemplo, con un diapasón que debe vibrar también durante un tiempo. Notas muy breves no tienen bien definido el tono.
Para que las reglas de la mecánica cuántica funcionen, es necesario que todos los fenómenos naturales en el mundo de las cosas pequeñas estén regidos por las mismas reglas. Esto incluye a los virus, bacterias e incluso a las personas. Sin embargo, cuando más grande y más pesado es un objeto, más difícil es observar las desviaciones de las leyes del movimiento “clásicas” debidas a la mecánica cuántica. Me gustaría referirme a esta exigencia tan importante y tan peculiar de la teoría con la palabra “holismo”. Esto no es exactamente lo mismo que entienden algunos filósofos por holismo, y que podría definir como “el todo es más que la suma de sus partes”. Si la física nos ha enseñado algo es justo lo contrario. Un objeto compuesto de un gran número de partículas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (partículas); basta que sepamos sumar correctamente (¡y esto no es nada fácil en mecánica cuántica!). Lo que entiendo por holismo es que, efectivamente, el todo es la suma de las partes, pero sólo se puede hacer la suma si todas las partes obedecen a las mismas leyes. Por ejemplo, la constante de Planck, h, que es igual a 6’626075… × 10-34 Julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal.
Mucho ha sido el camino andado hasta nuestros tratando de conocer los secretos de la naturaleza que, poco a poco, nos van siendo familiares. Sin embargo, es más el camino que nos queda por recorrer. Es mucho lo que no sabemos y, tanto el micro-mundo como en el vasto mundo de muy grande, hay que cosas que aún, no hemos llegado a comprender.
El detector ATLAS funcionó, y rastrearon las partículas subatómicas…
Las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que refutarlas resulta realmente difícil. Los “trucos” ingeniosos descubiertos por Werner Heisenberg, Paul Dirac y muchos otros mejoraron y completaron las reglas generales. Pero Einstein y otros pioneros como Erwin Schrödinger siempre presentaron serias objeciones a esta interpretación. Quizá funcione bien, pero ¿Dónde está exactamente el electrón?, ¿en el punto x o en el punto y? En pocas palabras, ¿Dónde está en realidad?, y ¿Cuál es la realidad que hay detrás de nuestras fórmulas? Si tenemos que creer a Bohr, no tiene sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores son las únicas realidades de las que podemos hablar.
Es cierto que, localizar y saber en qué punto exacto están esas pequeñas partículas… no es fácil
La mecánica cuántica puede ser definida o resumida así: en principio, con las leyes de la naturaleza que conocemos ahora se puede predecir el resultado de cualquier experimento, en el sentido que la predicción consiste en dos factores: el primer factor es un cálculo definido con exactitud del efecto de las fuerzas y estructuras, tan riguroso como las leyes de Isaac Newton para el movimiento de los planetas en el Sistema Solar; el segundo factor es una arbitrariedad estadística e incontrolable definida matemáticamente de forma estricta. Las partículas seguirán una distribución de probabilidades dadas, primero de una forma y luego de otra. Las probabilidades se pueden calcular utilizando la ecuación de Schrödinger de función de onda (Ψ) que, con muchas probabilidades nos indicará el lugar probable donde se encuentra una partícula en un momento dado.
La teoría de probabilidades se ocupa de asignar un cierto número a cada posible resultado que pueda ocurrir en un experimento aleatorio, con el fin de cuantificar dichos resultados y saber si un suceso es más probable que otro.
Muchos estiman que esta teoría de las probabilidades desaparecerá cuando se consiga la teoría que explique, de forma completa, todas las fuerzas; la buscada teoría del todo, lo que implica que nuestra descripción actual incluye variables y fuerzas que (aún) no conocemos o no entendemos. Esta interpretación se conoce como hipótesis de las variables ocultas.
Albert Einstein, Nathan Rosen y Boris Podolski idearon un “Gedankenexperiment”, un experimento hipotético, realizado sobre el papel, para el cual la mecánica cuántica predecía como resultado algo que es imposible de reproducir en ninguna teoría razonable de variables ocultas. Más tarde, el físico irlandés John Stewar Bell consiguió convertir este resultado en un teorema matemático; el teorema de imposibilidad.
(“El teorema de Bell o desigualdades de Bell se aplica en mecánica cuántica para cuantificar matemáticamente las implicaciones planteadas teóricamente en la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen y permitir así su demostración experimental. Debe su nombre al científico norirlandésJohn S. Bell, que la presentó en 1964.
Ilustración del test de Bell para partículas de espín 1/2. La fuente produce un par de espín singlete, una partícula se envía a Alicia y otra a Bob. Cada una mide uno de los dos espines posibles.
El teorema de Bell es un meta-teorema que muestra que las predicciones de la mecánica cuántica (MC) no son intuitivas, y afecta a temas filosóficos fundamentales de la física moderna. Es el legado más famoso del físicoJohn S. Bell. El teorema de Bell es un teorema de imposibilidad, que afirma que:
Ninguna teoría física de variables ocultas locales puede reproducir todas las predicciones de la mecánica cuántica.”)
¿Cómo saber el número que saldrá cuando lanzamos los dados?
¡¡La mecánica cuántica!!, o, la perplejidad de nuestros sentidos ante lo que ese “universo cuántico” nos ofrece que, generalmente, se sale de lo que entendemos por sentido común. Ahí, en el “mundo” de los objetos infinitesimales, suceden cosas que no siempre podemos comprender. Y, como todo tiene una razón, no dejamos de buscarla en cada uno de aquellos sorprendentes sucesos que en ese lugar se producen. Podríamos llegar a la conclusión de que, la razón está en todo y solo la encontramos una vez que llegamos a comprender, mientras tanto, todo nos resulta extraño, irrazonable, extramundano y, algunas veces…imposible. Sin embargo, ahí está. Dos elementos actúan de común acuerdo para garantizar que no podamos descorrer el velo del futuro, de lo que será después (podemos predecir aproximaciones, nunca certezas), el principal de esos elementos es la ignorancia nunca podremos saber el resultado final de éste o aquél suceso sin tener la certeza de las condiciones iniciales. En la mayoría de los sistemas físicos son, en mayor o menor medida dada su complejidad, del tipo caótico es tal que, el resultado de las interacciones entre elementos es sumamente sensibles a pequeñísimas variaciones de los estados iniciales que, al ser perturbados mínimamente, hacen que el suceso final sea y esté muy alejado del que se creía al comienzo.
Lo que nos lleva a confirmar que el futuro es siempre incierto. ¿Es bueno desconocer lo que nos pasará mañana? Bueno, el Universo cree que sí, y, así lo dispuso.
Si alguien nos preguntara: ¿De dónde salió nuestro Sistema Solar?, no lo tendríamos nada fácil para dar una respuesta satisfactoria (por cierta) y, nos tendríamos que limitar a especular conforme a los conocimientos astronómicos que tenemos, sobre lo que aquí pudo pasar hace ahora de ello unos 5.000 millones de años. Por aquel entonces (un poco antes quizás), la región brilló intensamente, una Supernova explotó y dejó tras ella una Nube de Gas y Polvo que se contrajo con la ayuda de la fuerza de Gravedad y, giró y giró mientras se contraía más y más hasta que, en su centro, la presión y la temperatura hicieron surgir una protoestrellas.
Los átomos presentes en el centro llegaron a alcanzar una inmensa presión y densidad que, al mismo tiempo, elevó la temperatura hasta millones de grados. Esos átomos se fusionaron y aquél núcleo comenzó a brillar en el centro de un torbellino que no dejaba de girar mientras el fenómeno producía energía y turbulentos remolinos se formaban aquí y allá mientras que, nueva materia se iba acumulando gracias a la fuerza gravitatoria a aquel maremagnum de material candente del que, de vez en cuando, y gracias a la violencia de los giros con ayuda del material plasmático que se había formado, se desprendían grandes conglomerados de material que salían disparados a grandes distancias, sin poder romper la conexión gravitatoria que les seguía uniendo a centro principal.
En aquellos primeros momentos, de haber podido contemplar lo que pudo pasar, posiblemente, habríamos podido ser testigos de un Caos de materiales que se unían y se volvían a desunir entre grandes choques de energías inmensas. Muchos cuerpos llegaron a formarse y, todos ellos, empujados por aquella violencia inicial, daban vueltas y más vueltas en busca de un acomodo final quedando cada cual situados a la distancia adecuada que les dictaba la fuerza de Gravedad, y, para nosotros, el azar vino a situar al planeta Tierra en esta zona habitable y privilegiada que ahora ocupamos. El que los planetas sean algunos rocosos y otros de simple gas, es debido a la ley física de que, los materiales se solidifican y condensan a ciertas temperaturas y, los planetas más alejados del Sol, lógicamente, están sometidos al frío.
Si nos fijamos bien, el Sistema solar es algo así como una obra de arte de la Naturaleza, todo encaja a la perfección, está sincronizado al milímitro y todos los planetas mayores dan vueltas alrededor del Sol aproximadamente en el plano del ecuador solar. En otras palabras: si preparamos un modelo tridimensional del Sol y sus planetas, comprobaremos que se puede introducir en un cazo poco profundo.
Por otra parte, todos los planetas mayores giran entorno al Sol en la misma dirección, en sentido contrario al de las agujas del reloj, si contemplamos el Sistema Solar desde la Estrella Polar. También estos planetas (si exceptuamos a Urano y, posiblemente Venus) hacen un movimiento de rotación alrededor de su eje en el mismo sentido que su revolución alrededor del Sol, es decir, de forma contraria a como lo hacen las agujas del reloj, de la misma manera, el Sol también se mueve en ese sentido.
Los planetas se hallan espaciados a distancias uniformemente crecientes a partir del Sol y describen órbitas casi circulares. Todos los satélites, con muy pocas excepciones, dan vueltas alrededor de sus respectivos planetas en el plano del ecuador planetario, y siempre en sentido contrario al de las agujas del reloj. La regularidad de tales movimientos sugirió, de un modo natural, la intervención de algunos procesos singulares en la creación del Sistema en conjunto.
Ahí, en el llamado Cinturón de Kuiper, tenemos una diversidad de cuerpos (en su mayoría cometas) que orbitan al Sol a distancias que van desde las 35 a los 100 UA. Son objetos de respetable tamaño que oscilan entre los 100 y los 1000 Km de diámetro y, de vez en cuando, en presencia de alguna anomalía que perturba el sistema, alguno de ellos, sale despedido y hace su viaje hacia el Sol de manera que nosotros, lo podemos contemplar en su viaje interestelar.
Algunos astrónomos dicen que somos solo una partícula dentro de varias burbujas cósmicas; en el caso nuestro somos 200 mil millones de estrellas, que hay en solo la Galaxia Via Lactea, que gira a la fantástica velocidad de 224 km/s. Considerando que se estima que existen más de cien mil millones de galaxias en el universo observable, y ante tal grandeza no podemos más que sentirnos humildes y…pequeños y comprender que, aún estando aquí y habiendo llegado a comprender el lugar que ocupamos en el contexto de la Galaxia y del Universo mismo, nuestra presencia, incide poco o nada en el devenir del Universo.
Una amiga mía soñó que vagaba por el espacio, perdida, y aunque lo podía contemplar todo, no conocía aquellos lugares llenos de estrellas que ante sus ojos pasaban. Se le acercó un extraterrestre y le preguntó si podía ayudarla. Al decirle que estaba perdida, éste le preguntó por su lugar de residencia para tratar de acercarla en su nave superlumínica, y, a ella, se le ocurrió darle esta dirección:
“Soy del planeta Tierra, el tercero a partir del Sol, en la nube interestelar local, Cinturón de Orión de la Galaxia Vía Láctea, situada en el Grupo Local de galaxias y perteneciente al supercúmulo de Virgo. Mi casa se encuentra a 1 UA del Sol, dentro del Universo Local en este tiempo presente.”
Cinturón de Gould. La línea indicada como 500 PC (500 parsecs) equivale a una distancia al Sol (en el centro) de 1.630 años-luz; es decir, tiene un diámetro de 3.260 años-luz, que son 31.000 billones de kilómetros.
El conocido como Cinturón de Gould es un sector del Brazo de Orión. El Brazo de Orión es la primera gran estructura a la que pertenecemos; grande en sentido galáctico. Es un larguísimo arco estelar de 10.000 años-luz de longitud y 3.500 de ancho. Mucho más del 99% de lo que ven nuestros ojos a simple vista, en una noche normal, está aquí. Muchas personas de ciudad vivirán y morirán sin ver en persona nada más allá del Brazo de Orión.
Claro que, también existen muchos objetos que, como los púlsares, nos sirven de referencia y guía. ¿Y qué es un púlsar? Pues un pulsar es una estrella de neutrones altamente magnetizada que rota sobre sí misma. Y resulta que su enorme masa las convierte en una especie de péndulos ultraprecisos, con lo que emiten en una frecuencia exacta, reconocible desde cualquier lugar. Su señal es tan intensa que pueden detectarse a millones de años-luz de distancia (nosotros los estamos observando ya en Andrómeda). A todos los efectos, constituyen los faros más precisos y notables del cosmos.
La primera cifra de cada grupo se corresponde con la frecuencia en que emiten estos púlsares, expresada en frecuencia de transición del hidrógeno (la característica más notable del átomo más común del universo). La segunda cifra es el ángulo en radianes, según se ve desde la Tierra en el tiempo presente. Mediante triangulación, es posible determinar sin mucha dificultad desde dónde se veían esos púlsares y cuándo. La respuesta es aquí, ahora; esos tres grupos de cifras son como agitar la mano a escala galáctica: “¡eo! ¡soy yo! ¡estoy aquí! ¡y existo ahora!”.
Con sólo estos tres datos, cualquier civilización extraterrestre que conozca al menos una ciencia parecida a la nuestra puede ubicar con precisión nuestro lugar en el espaciotiempo desde cualquier lugar de este universo (al menos, mientras esos púlsares sigan existiendo). Esta fue una de las genialidades de Carl Sagan, para las placas de oro con un mensaje destinado a los extraterrestres que viajan a bordo de las sondas Pioner de espacio profundo. Las catorce líneas en torno al Sol indican la posición no de tres, sino de catorce púlsares notables, evitando así la posibilidad de confusión y permitiendo su regresión durante largo tiempo.
Este es nuestro lugar en el cosmos, hasta donde somos y sabemos hoy en día; tu dirección y la mía en esa inacabable inmensidad que nos hace sentir tan, tan pequeñitos por la sencilla razón de que –efectivamente– somos por el momento así de pequeñitos. ¡Y algunos se creen grandes y hasta elegidos! ¿Te lo puedes creer?
Científicos del Centro de Investigaciones Espaciales de la Academia Polaca de Ciencias, Laboratorio Nacional Los Álamos, y el Southwest Research Institute y de la Universidad de Boston sugieren que la cinta de emisiones ampliadas de átomos neutros energéticos, descubierta el año pasado por el satélite IBEX de la NASA, se podría explicar por un efecto geométrico que surge debido a la aproximación del Sol al límite entre una nube de gas interestelar local y otra nube de gas muy caliente, llamada la Burbuja Local. Si esta hipótesis es correcta, IBEX está tomando materia de una nube interestelar vecina caliente, a la cual el Sol puede entrar dentro de cien años. Pero, regresemos al Sistema Solar que nos salimos del tema.
La Burbuja Local es una región de baja densidad (aproximadamente o,oo7 átomos por cm3 de materia interestelar que rodea a todo el Sistema Solar. La Burbuja tiene aproximadamente 100 pc de radio y contiene a las estrellas de la vecindad inmediata del Sol. El Sistema Solar parece encontrarse a unos 10-20 pc del borde de la Burbuja. La baja densidad de gas en la Burbuja local puede deberse a una onda de choque de una antigua supernova que barrió la región.
En verdad, no tenemos motivos para el aburrimiento y, entre los muchos incidentes inesperados que podrían aparecer de manera inesperada, están esos grandes pedruzcos que, como Eros, un gigantón, el segundo asteroide cercano a la Tierra en tamaño después de Ganímedes. Mide 34 kilómetros de longitud y que hace bien poco visitó las cercanías de la Tierra como no lo había hecho desde 1975. A pesar de sus desproporcionadas dimensiones -más de 300 campos de fútbol del tamaño del Bernabéu uno detrás de otro-, no supone peligro alguno para nuestro planeta. Se situará a 26,7 millones de kilómetros, lo que sigue siendo una distancia considerable, y atravesará el cielo nocturno a través de las constelaciones de Leo, Sextante y Hidra. Será fácilmente visible incluso con telescopios modestos. Los aficionados a la astronomía no pueden perderse su visita ya que se trata de una ocasión única. No volverá a saludarnos hasta 2056. Aquellos que quieran ver el cuerpo en España podrán hacerlo a partir de las 4.00 horas del 1 de febrero.
Claro que, ¿quién nos asegura que, por circunstancias fortuitas no se podría desviar de su camino actual?
Como ya conocemos sus consecuencias, preferimos que no pase tal acontecimiento y se deje las cosas como están que ya, con nuestras propios problemas, tenemos más que bastante para or tirando sin tener que lidiar, además, con un gigante venido de fuera.
Claro que, la mejor parte de la historia estaba por suceder. Y, la vida, apareció sobre la Tierra. La materia “inerte” evolucionó hasta su nivel más alto, y la química-biológica hizo su presencia en el planeta para que surgieran, primeros seres diminutos y simples y más tarde, la evolución, posibilitó una mayor complejidad que nos trajo (al menos a alguna especie), hasta la consciencia. Con ese consciente luminoso del SER, pudimos saber de nosotros y del mundo que nos rodea, y, allí, amigos, comenzó otra historia que aún no ha terminado.
Largo, muy largo ha sido el camino andado pero, al fin, podemos discernir entre lo que pudo pasar y lo que podrá suceder. Mientras tanto, nos toca investigar para tratar de saber de dónde venimos y, saliendo al espacio, podríamos tomar consciencia de, hacia donde vamos. Lo cierto es que, aún la ciencia no sabe de donde podemos venir y, la versión más moderna es que, los hombres no son monos y, aunque sí debimos tener un antepasado común que no era Homo ni era Pan, a partir de el, dos ramos divergieron: Los Chimpancés por una lado y el hombre por el otro y, a partir de ese momento, nació la humanidad que, gracias a su cerebro y a sus maneras bípedas, se pudo separar de sus parientes lejanos.
Desde entonces, no es que hayamos aprendido tanto como para poder decir que tenemos nuestro planetas entre las manos, pero sí, podemos ser conscientes de como debemos cuidarlo para que, nuestros habitats (el nuestro y el de los miles de seres que con nosotros lo comparten), pueda ser acogedor y, para ello, debemos poner todo nuestro empeño. ¿Pero, lo hacemos?
Sí, en una pequeña parte del Sistema Solar que se sitúa en el Brazo de Orión, a 30.000 años-luz del centro galáctico, estamos situados nosotros, tan ricamente instalados en esa maravilla que arriba podemos contemplar y que es bañada por la luz y el calor del Astro Sol, el que nos da la energía de la Vida y hace posible que todo sea tal como lo conocemos. En otros lugares, no podrían ser tan afortunados. Allí, en cientos de miles de planetas, ni existe el agua corriente, ni tiene la atmósfera adecuada, ni están situados a una distancia idónea del Sol que los alumbra, ni…, ni…
Todo esto es nuestro entorno y está en nuestro Sistema solar… ¿queremos conservarlo?
Son muchas las cosas que no sabemos y, de cada una de ellas, nosotros los humanos, creamos hipótesis y hacemos conjeturas, construimos modelos y, con los datos que hemos podido reunir, dejamos expuesta una teoría de lo que pudo ser. De esa manera hemos creado la “historia” de cómo se formó nuestro Sistema solar a partir de una explosión de supernova que creando una nebulosa sería el origen, hace algunos miles de millones de años, de todo el sistema planetario en el que está la Tierra y nos cobijamos nosotros.
A mayor escala y viajando mucho más lejos en el Tiempo, también hemos “recreado” el escenario que suponemos que pudo existir cuando “nació” el universo, cuando dio comienzo la existencia del Tiempo y apareció el Espacio, se creó la materia y comenzaron a formarse los objetos que hoy podemos contemplar por todo el inmenso Cosmos. De todo ello, de manera “misteriosa” (nadie sabe a ciencia cierta como fue), apareceron los primeros signos de vida, primero en forma de rústicas criaturas y más elaboradas después, cuando con el paso de los años, pudieron evolucionar.
En nuestra región, situada en el interior del brazo de Orión a unos 30.000 años-luz del centro galáctico, las cosas se pudieron suceder, más o menos, como nos dicen al margen de la imagen, con algunas dudas y algunas preguntas sin contestar, así pudieron suceder, a grandes rasgos las cosas. Sin embargo, no es ese el tema que el título nos señala, nos vamos a centrar en la “vida” esa explosión de imaginación que ha tenido el universo para que, al menos en nuestro caso, haya alguien que comente sobre él y también, sobre esa maravilla que representamos: Seres Conscientes en un universo de materia, de explosiones y cambios, de energías sin fin.
Lo cierto es que, el recuerdo de los miles de millones de años de la historia de la vida, no ha podido ser inscrito en la memoria de los seres que la representan, al igual que los últimos millones de años no están grabados en la memoria de los seres humanos, los primeros naturalistas que se sintieron intrigados por los fósiles que encontraban, no pudieron presentir de qué manera aquello que estaban sacando a la luz del día, acabaría por servir para reconstruir el pasado a través de los archivos sedimentarios de la tierra.
De nada sirvieron los razonamientos poéticos y religiosos que les habían preparado para lo contrario. La realidad nos hizo descubrir un mundo distinto, una cronología distinta y una historia distinta. Resulta fácil comprender, en qué medida, los primeros descubrimientos paleontológicos les pudieron parecer (en aquellos tiempos), por tanto, maravillosos y también, desconcertantes, hasta que punto aquella extraordinaria diversidad de formas de vida desaparecidas, su frecuente extravagancia y rareza y el encadenamiento asombroso que parecían ir revelando poco a poco, les debieron fascinar, pero también confundir.
Y, de esa manera, nuestra innata curiosidad, nos llevó a descubrir muchas clases de vida que existió en el pasado, incluso de seres monstruosamente grandes que extinguidos, sirvieron para que todos, antes sus descomunales restos, dejaran volar la imaginación y pudieran construir escenarios ya desaparecidos hacia millones de años. Claro que, todos aquellos descubrimientos, vinieron a ensanchar la mente de lo posible y la concepción de la historia de la vida en la Tierra y también, de manera paralela, hemos ido creando una historia más profunda, de unos 13.750.000 millones de años para la historia del propio universo. Pero, la historia que nos interesa, la de la vida, se remonta a unos 4.000 millones de años (al menos en nuestro planeta), que es el tiempo que tienen los fósiles más antiguo hallados en las rocas más viejas del planeta.
Ya el hombre de Neanderthal se interesaba por los fósiles.
El descubrimiento de edades anteriores a la aparición del hombre tuvo una enorme repercución, a finales del siglo XIX, mucho más allá de los círculos científicos, en buena parte porque reveló paisajes desaparecidos y poblados por criaturas extrañas, predominantemente mostruosas. Incluso en nuestros días los grandes vertebrados del pasado ejercen a menudo una especie de fascinación: ¿no se ha convertido acaso el mamut en el emblema de una cadena de supermercados y no resultan los nombres de muchos dinosaurios mucho más familiares, incluso para los niños, que los numerosos animales actuales?.
Esa familiaridad relativa con criaturas que hasta hace dos siglos, su existencia era inimaginable, es así mismo, un gran logro de la paleontología de los vertebrados sacados a la luz por la ciencia. Claro que, si hablamos de vida, no sólo de grandes animales se compone la gran relación que podríamos hacer de todas aquellas especies que poblaron nuestro planeta y de las que, el 99% están desaparecidas. Ahora, sólo el 1% de todas las especies vivientes siguen presentes y, las demás, por una u otra causa, quedaron extinguidas al no poder adaptarse, al ser eliminadas en las grandes extinciones… ¡y vaya usted a saber
cómo!
Cuentan que, durante uno de sus viajes por el Mediterráneo, san Pablo, según la leyenda que circula, naufragó ante las costas de Malta. Habiendo logrado llegar a esa isla, fue mordido por una vibora. Encolerizado, maldijo entonces a todas las serpientes maltesas, por lo que sus lenguas bífidas se transformaron en piedra. Esas lenguas petrificadas, llamadas a veces “lenguas de san pablo”, son muy comunes en Malta; no son otra cosa que los dientes de los tiburones del período mioceno, cuyas formas evocan las lenguas bífidas de las serpientes.
El relato ilustra muy bien la fascinación que han ejercido desde tiempos inmemoriales ciertos fósiles sobre la imaginación humana y la forma en que pueden ser explicados los orígenes de esos objetos misteriosos, más allá de toda hipótesis científica, en los sistemas de pensamientos tradicionales. Sin embargo, jamás conoceremos las más antiguas de esas leyendas explicativas, ya que el interés por los fósiles se remonta a la prehistoria lejana, tal como nos lo demuestran los diversos descubrimientos arqueológicos.
En el transcurso de sus excavaciones en las cuevas de Arcy-sur-Cure, en Borgoña, el célebre prehistoriador francés André Leroi Gourhan descubrió en un estrato correspondiente al paleolítico medio una pequeña pero muy antigua “colección paleontológica” ; se trataba de un polípero y de un gasterópodo fósiles, y habían sido llevados a esa cueva por un hombre de Neandenthal. Hará más de 50.000 años posiblemente, que la atención de un “hombre fósil” se vio atraída por esos objetos curiosos, hasta el punto de que se los llevó consigo. No cabe duda de que nunca sabremos cuáles eran las interpretaciones que los hombres prehistóricos daban a los fósiles que recogían. En todo caso, ciertas conchas profundamente enterradas, le pudieron recordar a sus conchas actuales, y bien pudiera ser que se hubieran preguntado en aquel entonces qué hacían sobre las rocas unos animales que se encuentran habitualmente en el agua.
Es cierto que siempre, a lo largo de la Historia, hemos tenido pensadores y naturalistas. La Historia natural es un término cuya definición es problemática, en tanto que diversas disciplinas la abordan de manera diferente. Muchas de estas concepciones incluyen el estudio de las cosas vivientes (por ejemplo, la biología, incluyendo botánica, zoología y ecología); otras concepciones extienden el término al campo de la paleontología, la geografía y la bioquímica, así como a la geología, astronomía y la física. Lo cierto es que, al final del camino, todas esas disciplinas se encuentras, es decir, están de una u otra manera relacionadas. Todo en el Universo tiene una conexión que no siempre podemos ver o comprender.
Concha fósil grande, 100 millones de años de años
Claro que, algunos pensadores griegos ya especularon con las viejas conchas fósiles que se hallaban dentro de las piedras y que eran el orgien de especulaciones “geológicas” de algunos que, como Jenófanes o Heródoto, quiénes habían comprendido la naturaleza auténtica de ciertas conchas fósiles y habían sacado conclusiones pertinentes, aquellos restos de organismos marinos, encontrados tierra adentro, demostraba que los mares, se extendían en otras épocas mucho más allá de sus límites actuales.
Lo cierto es que, hacer historia de la vida en nuestro planeta es imposible, sólo podemos ir atando cabos a medida que se encuentran huellas de ella en las viejas rocas, y, como la vida consciente tardó mucho más en llegar… ¡Carece de historia, toda vez que no existieron cronistas para escribirla! Así, nos vemos abocados a especular juntando todos los datos que hemos podido reunir y, de esas especulaciones, hemos formado un conjunto, si no plausible en su totalidad, sí aceptable mientras no encontremos más respuestas a la gran pregunta: ¿Cómo surgió la vida en la Tierra, y, es nuestro planeta el único lugar del Universo que la contiene?
Claro que, si creemos que la vida es ciudadana del universo sin fronteras, no debemos perder de vista la Panspermia, esas esporas viajeras que llegan a los mundos y en ellos, se posan y dejan pasar el tiempo para que, las condiciones locales, las radiaciones exteriores y propias del lugar, hagan su trabajo para que, con el tiempo suficiente por delante, puedan emerger y crecer hasta llegar a conformar seres con ideas y pensamientos.
Los animales unicelulares han descubierto el método más corto para comer las plantas. La muerte y el sexo han de crearse para que los organismos pluricelulares sean capaces de envejecer y dejar de funcionar como una cooperativa colonial de células. Los animales han descubierto como comerse a otros animales. Por encima de todo, ha evolucionado una especie inteligente, una especie tan lista que ha llegado a descubrir una vía para poder salir de la Tierra y llevar todo el proceso de la evolución hasta el extremo.
Nunca nadie ha sabido explicar lo que es la Vida a pesar de que también siempre nos lo hemos preguntado. Cuál es su origen y cómo surgieron los seres vivos que conocemos y que tenemos a nuestro alrededor, así como aquellos que con el paso de tiempo no supieron adaptarse y se extinguieron. La especie humana, la única que en nuestro planeta alcanzó la plenitud de conciencia, siempre ha tratado de responder a esa pregunta: ¿Qué es la Vida? Pero siempre también, resultó un gran problema el poder responderla y las Ciencias Naturales nunca pudo confeccionar una respuesta plausible. Hemos podido llegar a saber que sin los materiales fabricados en las estrellas, la vida no sería posible en nuestro Universo. Así muchos, dicen que somos… ¡Polvo de estrellas!
La célula viva es un sistema dinámico, en cambio constante en el cual las sustancias químicas se tornan ordenados por un tiempo en estructuras microscópicas, tan solo para disolverse nuevamente cuando otras moléculas se juntan para formar los mismos tipos de estructuras nuevamente, o para sustituirlas nuevamente en la misma estructura. Las organelas de las cuales las células están hechas no son más estáticas que la llama de una vela. En cualquier instante, la vela exhibe un patrón dinámico de casamientos y divorcios químicos, de procesos que producen energía y procesos que la consumen, de estructuras formándose y estructuras desapareciendo. La vida es proceso no una cosa.
La Célula Eucariota
¿Cómo ese proceso ordenado llegó a existir? Una vez que la célula es una entidad altamente ordenada y no aleatoria (evitando, la torpe regularidad de un cristal), se puede pensar en ella como un sistema que contiene información. La información es un ingrediente que adicionado, trae a la vida lo que serían átomos no vivos. ¿Cómo –nos preguntamos- la información puede ser introducida sin una inteligencia creativa sobrenatural? Este es el problema que la Ciencia aún tiene que responderse, lo que colocaría a Dios en la categoría de completamente desempleado.
En un escenario como este surgiría la vida en nuestro planeta
La vida, seguramente, fue el resultado de los mismos procesos químicos y físicos que formaron los océanos y la corteza continental de nuestro planeta. Sin embargo, la vida es distinta porque puede experimentar evolución darwiniana. La selección natural ha desempeñado un papel fundamental en la evolución de plantas y animales durante los primeros tiempos de la historia de nuestro planeta, pero también dirigió la evolución química que hizo posible la propia vida. A grandes rasgos entendemos cómo pueden haber evolucionado las moléculas a partir de precursores simples presentes en la Tierra joven. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo las proteínas, los ácidos nucleicos y las membranas llegaron a interaccionar de forma tan compleja.
Según todos los indicios, en los primeros años del planeta, los continentes que hoy conocemos estaban todos unidos formando la denominada Pangea. El movimiento de las placas tectónicas terrestres logró que estos se separaran y, con el transcurso de millones de años, llegaron a adquirir la moderna forma que hoy conocemos. En todo ese transcurrir y, mientras tanto, una serie de condiciones nuevas aparecieron para hacer posible el surgir de la vida.
Distribución de los continentes hace 260 millones durante el Pérmico. El supercontinente con forma de “C” es Pangea; dentro de la C se localizan los océanos Paleo-Tetis al norte y Tetis al sur; separando ambos océanos se sitúa el continente Cimmeria; cerrando la “C” al noreste se sitúan los microcontinentes de China del Norte y China del Sur; mientras que el resto del globo está ocupado por el océano Panthalassa.
Microfósiles de sedimentos marinos. “Microfósil” es un término descriptivo que se aplica al hablar de plantas o animales fosilizados cuyo tamaño es menor de aquel que puede llegar a ser analizado por el ojo humano. Normalmente se utilizan dos rasgos diagnósticos para diferenciar microfósiles de eucariotas y procariotas.
Los estromatolitos son la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra y forman parte del registro fósil más importante de la vida microbiológica temprana. Las formaciones más antiguas se encuentran en Warrawoona, Australia, y datan de hace 3,500 millones de años.
Las rocas de la vida. Aquí han encontrado fósiles de más de 3.500 millones de años
A partir de todos los fragmentos que la ciencia ha podido ir acumulando, ¿Qué tipo de planeta podemos recomponer y qué procesos tuvieron que darse para que, la vida, tal como la conocemos pudiera surgir? Sin temor a equivocarnos podemos afirmar que, cuando se formó el mar de Warrawoona la Tierra ya era un planeta biológico. Además, las mediciones de isótopos de carbono indican que ya podía haber comenzado la gran liberación ecológica de la fotosíntesis. No podemos tener la certeza si entre los microorganismos de aquel entonces había cianobacterias reproductoras de oxígeno, pero la presencia de cualquier tipo de organismo fotosintético en el océano de Warrawoona (Australia) es de por sí muy informativa, pues nos permite colocar un punto de calibración en el árbol de la vida.
Los estromatolitos forman parte del registro fósil y son los responsables del oxígeno de la Tierra
Son la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra. Las rocas ígneas más antiguas de la Tierra están en Groenlandia y tienen 3800 millones de años. Los estromatolitos más antiguos son de Warrawoona, Australia y tienen unos 3500 millones de años (Precámbricos – Arqueanos). La edad de la Tierra como planeta acrecionado se calcula en 4500 millones de años. La teoría dice que, dadas las condiciones en esa época, los primeros habitantes de la Tierra debieron ser organismos unicelulares, procariontes, y anaerobios. Por tanto, los estromatolitos forman parte del registro fósil más importante de la vida microbiológica temprana. Pero además, vida microscópica fototrófica.
Las huellas de la vida
En la nueva concepción de la evolución microbiana que simboliza el árbol, los organismos fotosintéticos aparecen relativamente tarde y se diversifican mucho después del origen de la vida y de la divergencia de los principales dominios de la biología. Si la materia orgánica de Warrawoona es producto de la fotosíntesis, hay que concluir que para entonces la evolución de la vida ya debía llevar en marcha un buen tiempo.
Las observaciones geológicas indican que hace tres mil quinientos millones de años la atmósfera de la Tierra contenía nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, pero muy poco oxígeno libre. La mayoría de las inferencias acerca de ambientes antiguos se realizan a partir de pistas sutiles que nos proporcionan la geoquímica; la signatura sedimentaria del oxígeno, sin embargo, es muy llamativa: bandas de color rojo vivo en rocas con silex ricos en hermatita (Fe2 O3), un mineral de óxido de hierro.
En la actualidad, nuestros conocimientos de la vida y ambientes arcaicos son a un tiempo frustrantes y emocionantes: frustrantes por las pocas certezas que tenemos y, sólo muchas hipótesis a partir de los datos dispersos que se van obteniendo, emocionante porque sabemos algo, por poco que esto pueda ser, es estimulante contar con un punto de partida que nos permita continuar en el estudio y la observación, seguir experimentando para que, algún día, sepamos a ciencia cierta, de donde pudo venir la vida.
Es verdad que las rocas más antiguas que podemos identificar nos indican la presencia de organismos complejos ¿qué clase de células vivían en aquellos tiempos aún más lejanos? En última instancia, ¡cuál será el verdadero origen de la vida?
Ademas de las cianobacterias, la microflora puede incluir algas (verdes y diatomeas), hongos, crustáceos, insectos, esporas, polen, rodofitas, fragmentos y sedimentos de todo tipo. La variedad biológica de cada comunidad estromatolíica dependerá de condiciones ambientales e hidrológicas: hipersalino, dulce-acuícola, intermareales, submareales, fuertes corrientes, moderadas nulas, cálidos, templado, altitud (afecta a la exposición de la luz uv). En la superficie, es rugosa, porosa y cubierta por mucilago, filamentos, etc. Las partículas de carbonato van quedando atrapadas, hasta que la cimentación por crecimiento de cristales, forma una capa mas, de esta forma la estructura aumenta de tamaño.
La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Esta situación orbital y sus características de masa la convierten en un planeta privilegiado, con una temperatura media de unos 15º C, agua en forma líquida y una atmósfera densa que pudo evolucionar, con oxígeno y otros ingredientes, condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida.
La creencia general es que hace unos 4.600 millones de años la corteza de la Tierra comenzó a consolidarse y las erupciones de los volcanes empezaron a formar la atmósfera, el vapor de agua y los océanos. El progresivo enfriamiento del agua y de la atmósfera permitió el nacimiento de la vida, iniciada en el mar en forma de bacterias y algas, de las que derivamos todos los seres vivos que habitamos hoy nuestro planeta tras un largo proceso de evolución biológica.
Aun los organismos más simples son máquinas moleculares extraordinariamente sofisticadas. Las primeras formas de vida tenían que ser muchísimo más sencillas. Necesitamos encontrar una familia de moléculas lo bastante simples como para formarse por procesos químicos y lo bastante complejas como para servir de cimiento a la evolución de las células vivas. Una molécula capaz de contener información y estructura suficientes como para replicarse a sí mismas y, al cabo, para dirigir la síntesis de otros componentes que puedan canalizar la replicación con una eficiencia cada vez mayor.
ESTRUCTURA DE LA CELULA BACTERIANA
Las bacterias están formadas por una única célula sin una membrana que delimita el núcleo celular y casi sin orgánulos definidos, pero con un nucleoide (región irregular donde se halla el ADN circular de los procariotas) y una pared celular de peptidoglicano que recubre la célula por fuera de la membrana plasmática.
Unas moléculas, en fin, que pudieran iniciar una trayectoria evolutiva que permitiera a la vida emanciparse de los procesos físicos que le dieron nacimiento, sintetizando las moléculas necesarias para el crecimiento en lugar de incorporarlas de su entorno y captando energía química o solar para alimentar el funcionamiento de la célula.
El descubrimiento de las enzimas de ARN, o ribosomas, realizado de forma independiente y aproximadamente al mismo tiempo por el bioquímico de Yale Sidney Altman, tuvo un efecto catalítico sobre el pensamiento acerca del origen de la vida.
Los enzimas de ARN (llamadas “ribozimas” o “aptazimas”) son moléculas de ARN capaces de autorreplicarse a temperatura constante en ausencia de proteínas. Utilizan la llamada replicación cruzada, en la que dos enzimas se catalizan el uno al otro de forma mutua. Este proceso permite entender cómo surgió la vida, pero los biotecnólogos las usan para algo mucho más prosaico. Estos enzimas de ARN pueden ser utilizados para detectar una gran variedad de compuestos, incluyendo muchos relevantes en diagnóstico médico. El compuesto orgánico se liga al aptazima, que se replica exponencialmente, amplificando exponencialmente la concentración del compuesto hasta permitir que sea fácilmente detectado.
En palabras del filósofo de la biología Iris Fry, esta extraordinaria molécula se alzó como “el huevo y la gallina al mismo tiempo” en el rompecabezas del orgien de la vida. La vida, esa misteriosa complejidad que surgió a partir de la “materia inerte” que, bajo ciertas y complejas condiciones, dio lugar a que lo sencillo se conviertiera en complejo, a que lo inerte pudiera despertar hasta los pensamientos.
Sabemos que, en ciertas condiciones prebióticas, los aminoácidos se forman fácilmente, así quedó demostrado por Stanley Miller en su gamoso experimento. Como los ácidos nucléicos, pueden unirse para formar péptidos, las cadenas de aminoácidos que se pliegan para formar proteínas funcionales.
Hay teorías para todos los gustos, y, el afamado Freeman Dyson, un renombrado físico que ha pensado profundamente sobre el origen de la vida, sugiere que en realidad la vida comenzó en dos ocasiones, una por la vía del ARN y otra vez por vía de las proteínas. Las células con proteínas y ácidos nucleicos interactivos habrían surgido más tarde en función protobiológica. Y, está claro que, la innovación por alianzas es uno de los principales temas de la evolución.
En el árbol de la vida, nosotros (“tan importantes”), sólo somos una pequeña ramita.
Hay muchos procesos que son de una importancia extrema en la vida de nuestro planeta y, dado que los organismos fotosintéticos (o quimiosinteéticos) no pueden fraccionar isótopos de carbono en más de unas treinta parte por 1.000, necesitamos invocar la participación de otros metabolismos para poder explicar los resultados de las mediciones que se han realizado. Los candidatos más probables son bacterias que se alimentan de metano en los sedimentos. Estas bacterias obtienen tanto el carbono como la energía del gas natural (CH4) y, al igual que los organismos fotosintéticos, son selectivos con los isótopos. A causa de su preferencia química por el 12CH4 frente al 13CH4, los microbios que se alimentan de metano fraccionan los isótopos de carbono en unas veinte o veinticinco partes por 1.000 en los ambientes donde el metano es abundante. ¿Habéis pensado en la posibilidad de que esos organismos fotosintéticos estén presentes en Titán? ¡El fetín está servido!
Los océanos de metano de titán podrían ser una buena fuente de vida
La fotosíntesis anoxigénica se da en los organismos que utiliza la energía de la luz del sol, dióxido de carbono (sustrato a reducir) y sulfuro de hidrógeno (en lugar del agua) como dador de electrones que se oxida, se fabrican glúcidos y se libera azufre a el medio acuoso donde habitan o se aloja en el interior de la bacteria.
Otra característica es que los organismos foto-sinteticos anoxigénicos contienen bacterio-clorofila, un tipo de clorofila exclusiva de los foto-organotrofos, usan longitudes de onda de luz que no son absorbidas por las plantas. Estas bacterias contienen también carotenoides, pigmentos encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior transmisión a la bacterioclorofila. El color de estos pigmentos dan el nombre a estas bacterias: bacterias púrpuras del azufre y bacterias verdes del azufre. En las cianobacterias los pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, por lo tanto se les nombra, bacterias azules.
Cualquiera de estas imágenes de arriba nos cuenta una larga y compleja historia de cómo se pudieron formar cada uno de los ahí representados, y, en cualquiera de sus fases, formas y colores, es toda una gran obra de la Ingenieria de la Naturaleza que, al fin y al cabo, es la única fuente de la que debemos beber para saciar nuestra sed de sabiduría y alejar la ignorancia que nos abruma.
No pocas veces he dejado aquí constancia de que, el Universo, en todas sus regiones, por muy alejadas que estén, se rige por unas leyes que están presentes en todas parte por igual, y, así lo confirman mil observaciones y mil proyectos que a tal efecto se han llevado a buen término. Por ejemplo, mediaciones precisas de isótopos de azufre en muestras de Marte traídas a la Tierra por meteoritos demuestran que muy pronto en la historia del planeta vecino el ciclo del azufre estaba dominado por procesos atmosféricos que producían un fraccionamiento independiente de la masa.
Valles en Marte. (ESA) La región de Valles Marineris, que tiene una longitud de 4.000 kilómetros y una anchura de 600 kilómetros, es el sistema de cañones más grande conocido en el sistema solar, con profundidades que llegan a los diez kilómetros.
Basándose en este descubrimiento del fraccionamiento independiente de la masa, se dirigió la atención sobre las rocas terrestres más antiguas. Para sorpresas de muchos geoquímicos, lo que se halló fue que el yeso y la pirita de las sucesiones sedimentarias más antiguas de la Tierra también como en Marte, han dejado constancias del fraccionamiento independiente de la masa de los isótopos de azufre. Al igual que en Marte, en la Tierra primitiva la química del azufre se encontraba al parecer influenciada por procesos fotoquímicos que sólo pueden producirse en una atmósfera pobre en oxígeno. La etapa del oxígeno comenzó en nuestra atmósfera a comienzos del eón Ptoterozoico. En suma, todos los caminos de la biogeoquímica llevan al mismo sitio, es decir, lo que pasa aquí pudo pasar allí y, al decir allí, quiero decir en cualquier planeta de cualquier galaxia. Las leyes fundamentales de la Naturaleza son, las mismas en todas partes. No existen sitios privilegiados.
Es difícil imaginarse hoy una Tierra sin oxígeno
Dos equipos independientes de investigadores descubrieron que el oxígeno gaseoso apareció en la atmósfera terrestre unos 100 millones de años antes del evento de la gran oxidación de hace 2400 millones de años. Es decir, cuando cambió la antigua atmósfera y el planeta se equipo con la que hoy conocemos.
El oxígeno es un gas muy reactivo, no existe de manera libre durante un largo período de tiempo, pues forma óxidos o reacciona con otras sustancias de manera rápida. Si está presente en la atmósfera es porque las plantas lo reponen continuamente. Antes de la invención de la fotosíntesis y durante muchos cientos de millones de años no había oxígeno libre en la Tierra.
En los estratos geológicos se pueden encontrar pruebas de la existencia de un momento en el que se produjo una gran oxidación mineral, prueba de que el oxígeno se encontraba ya libre en la atmósfera terrestre por primera vez y en gran cantidad. A este hecho se le ha denominado evento de gran oxidación, o GOE en sus siglas en inglés, y fue un hecho dramático en la historia de la Tierra. Este oxígeno permitió más tarde la aparición de vida animal compleja. Los geólogos creían que durante el GOE los niveles de oxígeno subieron rápidamente desde niveles prácticamente despreciables.
El mundo bacteriano es fascinante
Con estas bacterias es posible obtener dos tipos de celdas microbianas o baterías. Unas llamadas celdas de sedimento emplean el lodo donde habitan estos microorganismos; ahí, se produce energía simplemente conectando un electrodo en la parte donde, a cierta profundidad, no hay oxígeno, con otro electrodo que se encuentre en presencia de oxígeno.
¿Cómo respondió la vida a la revolución del oxígeno? Podemos imaginar, un “holocausto de oxígeno” que habría llevado a la muerte y la extinción a innumerables linajes de microorganismos anaeróbicos. Pero hace dos mil doscientos millones de años los ambientes anóxicos no desaparecieron; simplemente, quedaron relegados bajo una capa oxigenada de agua y sedimentos superficiales.
Aquello permitió a la Tierra dar cobijo a una diversidad biológica sin precedentes. Los microorganismos anaeróbicos mantuvieron un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas, igual que en la actualidad.
En la primera fase de cualquier ejercicio aeróbico, el oxígeno se combina con la glucosa procedente del glucógeno. Al cabo de unos minutos, cuando el cuerpo nota que escasea el azúcar, empieza a descomponer las grasas. Entonces disminuye un poco el rendimiento, mientras el cuerpo se adapta al cambio de origen de su energía. Superado este punto, se vuelve a los niveles y sensaciones normales, pero se queman grasas en lugar de glucosa.
De otro lado, los organismos que utilizan, o al menos toleran el oxígeno se expandieron enormemente. La respiración aeróbica se convirtió en una de las formas principales de metabolismo en las bacterias, y las bacteria quimiosintéticas que obtienen energía de la reacción entre oxígeno e hidrógeno o iones metálicos se diversificaron a lo largo de la frontera entre ambientes ricos en oxígeno y ambientes pobres en oxígeno. Desde ese momento, la Tierra comenzó a convertirse en nuestro mundo.
Nuestro mundo, rico en agua líquida que cubre el 71% de la superficie del planeta, y, su atmósfera con un 78% (en volumen) de Nitrógeno, un 21 de Oxígeno y un 0,9 de Argón, además de dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases en cantidades mucho menores que, permiten que nuestros organismos encuentren el medio idóneo para poder vivir. Otros muchos factores presentes en la Tierra contribuyen a que nuestra presencia aquí sea posible.
Las algas verdeazuladas también son llamadas bacterias verdeazuladas porque carecen de membrana nuclear como las bacterias. Sólo existe un equivalente del núcleo, el centroplasma, que está rodeado sin límite preciso por el cromatoplasma periférico coloreado. El hecho de que éstas se clasifiquen como algas en vez de bacterias es porque liberan oxígeno realizando una fotosíntesis similar a la de las plantas superiores. Ciertas formas tienen vida independiente, pero la mayoría se agrega en colonias o forma filamentos. Su color varía desde verdeazulado hasta rojo o púrpura dependiendo de la proporción de dos pigmentos fotosintéticos especiales: la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (rojo), que ocultan el color verde de la clorofila.
Mientras que las plantas superiores presentan dos clases de clorofila llamadas A y B, las algas verdeazuladas contienen sólo la de tipo A, pero ésta no se encuentra en los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la célula. Se reproducen por esporas o por fragmentación de los filamentos pluricelulares. Las algas verdeazuladas se encuentran en hábitats diversos de todo el mundo. Abundan en la corteza de los árboles, rocas y suelos húmedos donde realizan la fijación de nitrógeno. Algunas coexisten en simbiosis con hongos para formar líquenes. Cuando hace calor, algunas especies forman extensas y, a veces, tóxicas floraciones en la superficie de charcas y en las costas. En aguas tropicales poco profundas, las matas de algas llegan a constituir unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fósiles se han encontrado en rocas formadas durante el precámbrico, hace más de 3.000 millones de años. Esto sugiere el papel tan importante que desempeñaron estos organismos cambiando la atmósfera primitiva, rica en dióxido de carbono, por la mezcla oxigenada que existe actualmente. Ciertas especies viven en la superficie de los estanques formando las “flores de agua”.
Sin descanso se habla de quer nosotros, con nuestro comportamiento estamos cambiando la atmósfera de la Tierra, que contaminamos y que, de seguir así, podemos acabar con la vida placentera en el planeta. Tal exageración queda anulada por la realidad de los hechos.
Gigantescas ciudades son una buena muestra de nuestra presencia aquí, y, ¿qué duda nos puede caber? Nuestro morfología nos ha convertido en el ser vivo dominante en el planeta. Sin embargo, no somos los que más hemos incidido en sus condiciones. Si se estudia la larga historia de la vida en la Tierra, podremos ver que una inmensa cantidad de especies han interactuado con la biosfera para modificar, en mayor o menor medida los ecosistemas del mundo. En realidad, la especie que cambió el planeta de manera radical, la que en verdad modificó la Tierra hasta traerla a lo que hoy es, creando una biosfera nueva a la que todas las especies se tuvieron que adaptar (también nosotros), esa especie que, aunque diminuta en su individualidad forma un gigantesco grupo, no son otras que las cianobacterias.
De esa manera, si el oxígeno trajo consigo un cambio revolucionario, las heroínas de la revolución fueron las cianobacterias. Fósiles extraordinarimente bien conservados en síles de Siberia de mil quinientos millones de años de edad demuestran que las bacterias verdeazuladas se diversificaron tempranamente y se han mantenido hasta la actualidad sin alterar de manera sustancial su forma. La capacidad de cambiar con rapidez, pero persistir indefinidamente, compendia la evolución bacteriana.
Las cianobacterias comparten con algunas otras bacterias la habilidad de tomar el N2 del aire, donde es el gas más abundante, y reducirlo a amonio (NH4), una forma que todas las células pueden aprovechar. Los autótrofos que no pueden fijar el N2, tienen que tomar nitrato (NO3-), que es una sustancia escasa. Esto les ocurre por ejemplo a las plantas. Algunas cianobacteria son simbiontes de plantas acuáticas, como los helechos del género Azolla, a las que suministran nitrógeno. Dada su abundancia en distintos ambientes las cianobacterias son importantes para la circulación de nutrientes, incorporando nitrógeno a la cadena alimentaria, en la que participan como productores primarios o como descomponedores.
La resistencia general de las bacterias a la extinción es bien conocida. Las bacterias poseen tamaños poblacionales inmensos y pueden reproducirse rápidamente: no importa que por la mañana nos lavemos los dientes meticulosamente; a media tarde, las bacterias que hayan sobrevivido al cepillo se habrán multiplicado hasta el extremo de recubrir nuevamente el interior de la boca. Además, las bacterias saben habérselas muy bien con medios cambiantes. El aire, por ejemplo, está lleno de bacterias; un plato de leche colocado en el alfeizar de la ventana no tarda en fermentar. Lo que es más, las bacterias son muy buenas a la hora de resistir perturbaciones ambientales. Aunque la mayoría crece especialmente bien dentro de unos márgenes ambientales estrechos, son capaces de tolerar condiciones extremas, al menos durante un tiempo.
Si miramos el tiempo que llevan aquí, como se pueden adaptar a condiciones que, ni en sueños podríamos hacerlo nosotros, y, sobre todo, si pensamos en la diversidad y en la inmensa cantidad y en que están ocupando (prácticamente) todas las regiones del planeta, tendremos que convenir que, es necesario saber cuanto más mejor de ellas y, es necesario que nos sumerjamos en los reinos de las pequeñas criaturas que, de una u otra forma, serán nuestra salvación o, podrían provocar nuestra extinción.
Fred Hoyle, el gran astrofísico Inglés, descubridor del efecto triple Alfa (la producción de Carbono en las estrellas), escribió una novela de ciencia ficción “La Nube Negra”, en la que decía que en sitios como el de arriba, podía estar presente la vida en forma de pequeños seres de diversa índole.
Algunos creen que, también, en lugares como este, pueden estar presentes esos pequeños seres. En lugares donde abundan los mundos… ¿Qué seres habrá? Ahí, en la imagen de arriba, están presentes todos y cada uno de los elementos necesarios para la vida, y, simplemente con que uno sólo de entre una infinidad de planetas que ahí se formarán se encuentre dentro de la zona habitable de su estrella, podría contener un sin fin de formas de vida que, como aquí en la Tierra, hayan evolucionado y, ¿quién sabe? hasta es posible que esa clase de vida, pueda haber logrado alcanzar los pensamientos, la imaginación, la facultad de ser conscientes.
De todas las maneras…, seguimos sin saber, a ciencia cierta, como pudo surgir las vida. Sólo tenemos vestigios que nos acercan a esa posible fuente, y, son muchas, las zonas oscuras que no dejan ver lo que allí ocurrió, lo que hizo la evolución o dejó de hacer y, las condiciones primigenias que posibilitaron que en este pequeño planeta rocoso, emergieran formas de vida que evolucionadas han podido salir al exterior para ver lo que hay fuera.
Esporas del espacio que pueden llevar la vida a diversos mundos
Acodémonos de la panspermia o llegada de vida desde fuera de la Tierra. La idea está muy extendida a pesar de que no existe la menor evidencia científica a su favor. Ni se ha encontrado vida fuera de nuestro planeta ni hay indicios de que alguno de los organismos de la Tierra procedan de otros mundos. Sin embargo…¡Ahí queda eso!
Entonces y para finalizar… ¿Cómo surgió la vida en la Tierra? ¡Nadie lo sabe!
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por Emilio Silvera ~
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