Con este grupo he pasado buenos momentos de retiro viajando hasta el país musical situado en otro mundo

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Nuestro Universo es de Luz, todo lo que podemos observar es posible gracias a la luz que incide en los objetos y se refleja en nuestras retinas, así podemos contemplar los planetas y las estrellas del cielo y cualquier coda que, hecha de materia bariónica, es decir, materia radiante, se deja ver por nosotros.

Octeto bariónico.

Decía  Leonard Susskind que, para comprender la realidad en sus niveles más elementales, basta con conocer el comportamiento de dos elementos: el electrón y el fotón.

Todo el argumento de la electrodinámica cuántica (QED) gira en torno a un proceso fundamental: la emisión de un único fotón por un único electrón.

Cuando el movimiento de un electrón es alterado súbitamente, puede responder desprendiendo un fotón. La emisión de un fotón es el suceso básico de la mecánica cuántica:

Toda la luz visible que vemos, así como las ondas de radio, la radiación infrarroja y los rayos X, está compuesta de fotones que han sido emitidos por electrones, ya sea en el Sol, el filamento de una bombilla, una antena de radio o un aparato de rayos.

Los electrones no son las únicas partículas que pueden emitir fotones. Cualquier partícula eléctricamente cargada puede hacerlo, incluido el protón. Esto significa que los fotones pueden saltar entre dos protones o incluso entre un protón y un electrón. Este hecho es de enorme importancia para toda la ciencia y la vida en general. El intercambio continuo de fotones entre el núcleo y los electrones atómicos proporciona la fuerza que mantiene unido al átomo. Sin estos fotones saltarines, el átomo se desharía y toda la materia dejaría de existir.

Mientras que un electrón pertenece al grupo de partículas llamadas fermiones, los fotones pertenecen a la familia de los bosones. Intentemos comprender esta película que es la existencia…

…protagonizada por bosones…

Los fermiones hacen posible la materia “al estilo tradicional”, mientras que los bosones son elementos muy raros desde la forma de pensar a que estamos acostumbrados el común de los mortales. Para no complicarnos, la tabla periódica de elementos existe porque los fermiones no pueden “ser iguales”: no pueden solaparse uno sobre otro y se repelen si los obligamos. Es lo que damos por hecho cuando hablamos de materia, que cada pedazo de ésta ocupa su lugar y tiene sus propias cualidades.

En cambio, los bosones carecen de este sentido de la individualidad, digamos que poseen “alma grupal” y, en su estado más puro, todos forman una misma “superpartícula”.

Para entenderlo mejor, conviene recordar que las partículas no son bolitas como nos siguen enseñando en la escuela, sino que más allá de esta imagen existen como ondas o, al menos, sus funciones se equiparan al comportamiento de una onda.

En la década de 1920, Albert Einstein y el hindú Satyendra Nath Bose pronosticaron un quinto estado de la materia: el condensado de Bose-Einstein (BEC), el cual fue conseguido en laboratorio en 1995, algo que le valió el premio Nobel de 2001 a los científicos que lo lograron.

Imagínese una taza de té caliente, las partículas que contiene circulan por toda la taza. Sin embargo cuando se enfría y queda en reposo, las partículas tienden a ir en reposo hacia el fondo. Análogamente, las partículas a temperatura ambiente se encuentran a muchos niveles diferentes de energía. Sin embargo, a muy bajas temperaturas, una gran proporción de éstas alcanza a la vez el nivel más bajo de energía, el estado fundamental.

(Fuente: wikipedia)

                      Recreación del quinto estado de la materia en el Espacio

Cuando ciertas formas de materia [bosones] se enfrían hasta casi el cero absoluto, sus átomos se ponen en el estado de energía más baja, de modo que todos sus átomos vibran al unísono y se hacen coherentes. Las funciones de onda de todos los átomos se solapan, de manera que, en cierto sentido, un BEC [condensado de Bose-Einstein] es como un “súper-átomo” gigante en donde todos los átomos individuales vibran al unísono.

Al enfriar los átomos, su velocidad disminuye hasta que las longitudes de onda de cada uno de ellos se vuelven casi planas, superponiéndose unas a otras para formar una única onda que los describe a todos.

Así que un BEC se forma cuando los átomos en un gas sufren la transición de comportarse como “bolas de billar” al estilo de la física clásica, a comportarse como una onda gigante de materia al estilo de mecánica cuántica:

Un BEC es un grupo de unos cuantos millones de átomos que se unen para formar una sola onda de materia de aproximadamente un milímetro de diámetro.  Si creamos dos BECs y los colocamos juntos, no se mezclan como gases ordinarios ni rebotan como lo harían dos sólidos. Donde los dos BECs se superponen, ellos “interfieren” como las ondas: delgadas capas paralelas de materia son separadas por capas delgadas de espacio vacío. El patrón se forma porque las dos ondas se suman donde sus crestas coinciden, y se cancelan donde una cresta se encuentra con un valle — a lo cual llamamos interferencia “constructiva” y “destructiva” respectivamente. El efecto es similar al de dos ondas que se superponen cuando dos piedras son lanzadas a un lago.

(Fuente: ciencia NASA)

…ambientada en: el vacío…

El hecho de que se puedan intercambiar partículas virtuales modifica el vacío alrededor de los átomos, y esto lleva a una fuerza. De las llamadas fluctuaciones de vacío pueden surgir, partículas virtuales y quién sabe que cosas más… Hasta un nuevo Universo.

Y ahora, retrocedamos un poco más en este asunto del misterio que nos ocupa. Gracias a la tecnología láser, la física ha podido comprobar el extremo poder de la luz. Los láseres pueden hacer que las partículas virtuales se vuelvan reales. Pero, primero, aclaremos conceptos…

Las “partículas virtuales” son partículas fundamentales que están constantemente surgiendo aparentemente de la nada y permanecen en el espacio-tiempo la friolera de una milésima de trillonésima de segundo –una cantidad que se forma poniendo una veintena de ceros a la derecha de la coma—. A pesar de denominarse “virtuales”, sus efectos son muy reales: la constante agitación de este burbujeo cuántico de partículas hace que el vacío tenga energía. Y esto es algo que afecta a la realidad, pues en ésta las fuerzas de atracción y repulsión dependen de la masa, y la masa no es sino energía expresada en unidades diferentes: E=mc².

En el uso corriente la palabra vacío significa espacio vacío, espacio del que se ha extraído todo el aire, vapor de agua u otro material. Eso es también lo que significa para un físico experimental que trabaja con tubos de vacío y bombas de vacío. Pero para un físico teórico, el término vacío tiene muchas más connotaciones. Significa una especie de fondo en el que tiene lugar el resto de la física. El vacío representa un potencial para todas las cosas que pueden suceder en ese fondo. Significa una lista de todas las partículas elementales tanto como de las constantes de la Naturaleza que se pondrían de manifiesto mediante experimentos en dicho vacío. En resumen, significa un ambiente en el que las leyes de la física toman una forma particular. […] Un vacío diferente significa leyes de la física diferentes; cada punto en el paisaje representa un conjunto de leyes que son, con toda probabilidad, muy diferentes de las nuestras pero que son, en cualquier caso, posibilidades consistentes. El modelo estándar es meramente un punto en el paisaje de posibilidades.

… la energía del vacío es tomada como la base para la constante cosmológica. A nivel experimental, la energía del punto cero genera el efecto Casimir, … Se dice que:

La energía del vacío es, por tanto, la suma total de las energías de todas las partículas posibles. Es la llamada “energía oscura” que hace que el universo se expanda, haciendo frente a la atracción de la gravedad, y que proporciona alrededor del 80% de la materia-energía al universo –un 26% es “materia oscura”, y sólo un 4% es la materia conocida hasta el momento—.

Pero, ¿cómo una partícula virtual se convierte en real? Es decir, ¿cómo queda “atrapada” en el espacio-tiempo de forma más estable?

La teoría de cuerdas, también llamada de supercuerdas, pues la supersimetría es necesaria para incluir los quarks y otros fermiones, es una teoría …

La teoría de la supersimetría establece que, por cada partícula de materia, nace una gemela de antimateria. La antimateria es igual que la materia, pero con carga opuesta. Por ejemplo, el electrón tiene carga negativa, y su partícula de antimateria, el positrón, positiva. Materia y antimateria se aniquilan mutuamente pero, por algún motivo aún no aclarado, la simetría se rompió en algún momento, surgiendo más materia que antimateria, de ahí que nuestro universo, materia, pueda existir.

Pero hay algo más en todo esto. Y para ello, la luz es la clave.

Si nos movemos en el espectro electromagnético, los fotones con longitud de onda ultravioleta pueden expulsar a los electrones de los átomos. Pero veamos.

La luz se interpreta así misma allá donde esté y sus veloces fotones surcan los espacios interestelares

Ya en los años 30, los físicos predijeron que un campo eléctrico muy fuerte, que no es sino un espacio alterado por la actividad de un montón de fotones coordinados, podría impulsar a las partículas virtuales con carga opuesta en diferentes direcciones, impidiendo que la materia y la antimateria se aniquilen.

Según el efecto de creación de pares, un fotón con energía suficiente, lo que equivale a tener el doble de la energía que posee un electrón en reposo, da lugar a una pareja de electrón y positrón. Aunque esto ya se consiguió en los años 90 a pequeña escala, gracias al desarrollo de la tecnología láser los científicos creen que estarán cerca de conseguir crear materia “en serie” mediante este proceso en unos pocos años. Por otra parte, una vez que existen las partículas, los fotones interactúan sin cesar con ellas, siendo absorbidos y emitidos por las mismas de manera ininterrumpida. Y de ello nace el movimiento gracias al cual todo existe en el espacio-tiempo. Sin movimiento, nuestra realidad desaparecería.

 Así, si el fotón tiene suficiente energía, el par será electrón-positrón, caso contrario será un par virtual (absorción), si la energía del fotón fuere mayor, la diferencia estará dada por la velocidad opuesta de las antipartículas (masa de las antipartículas), correspondiente a la energía “sobrante” de acuerdo a E=mc². Si la energía del fotón fuere suficiente, como para llegar al umbral mínimo, se creará un protón-antiprotón, y si fuere mayor, se manifestará en velocidad opuesta (masa de las antipartículas). La energía del fotón (cantidad de movimiento, efecto Compton) será la energía correspondiente al total de las dos antipartículas (masa, E=mc²)

La carencia de masa de un fotón está ligada a su movimiento. Para que un cuerpo alcance la velocidad de la luz, su masa ha de ser cero. Y, como Einstein explicó en su día, la luz se mueve siempre a la velocidad de la luz. Si pretendemos que un fotón se pare, en lugar de ralentizarse observaremos que desaparece. Y, como se ha dicho al principio, si estos “fotones saltarines”  desaparecieran, toda la materia dejaría de existir.

Su esencia es el movimiento y su misión, según parece, hacer girar la rueda de la existencia.

Ello es así debido al impacto de los fotones sobre las partículas elementales. La energía transmitida por un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Cuanto menos longitud de onda, más energía. Así, un fotón de luz visible tiene la energía suficiente para hacer reaccionar a un bastón de la retina. Si nos movemos en el espectro electromagnético, los fotones con longitud de onda ultravioleta pueden expulsar a los electrones de los átomos. Más allá, los rayos gamma pueden romper protones y neutrones…

Cuando la tensión llega a un punto insostenible la corteza de neutrones revienta en un temblor estelar, dejando escapar rayos gamma y rayos X. En una potencia descomunal capaz de destruir otras particulas cuando interaccionan.

Y ahora, vayamos al meollo de la cuestión e indaguemos en la cita con que se iniciaba este artículo: ¿qué hace que los electrones absorban y emitan fotones? Esto, en otros términos, vendría a ser lo mismo que preguntarnos: ¿por qué existe nuestro universo?

…con un misterio: el 137…

¿Qué determina el momento exacto en que un electrón emite un fotón? La física cuántica dice que nada lo hace, pues la Naturaleza es caprichosa en sus niveles más elementales. Aunque no es caótica en extremo, sólo probabilística.

A diferencia de la física newtoniana, la mecánica cuántica nunca predice el futuro en función del pasado. En su lugar, ofrece reglas muy precisas para computar la probabilidad de varios resultados alternativos de un experimento.

La constante de estructura fina fue introducida en la física en 1916 por Arnol Sommerfeld, como una medida relativista de las desviaciones en las líneas espectrales atómicas de las predicciones hechas por el modelo de Bohr.

Históricamente, la primera interpretación física de la constante de estructura fina, , fue el cociente de la velocidad del electrón en la primera órbita circular del átomo de Bohr relativista con la velocidad de la luz  en el vacío. De igual forma, era el cociente entre el momento angular mínimo permitido por la relatividad para una órbita cerrada bajo fuerza electromagnética y el momento angular mínimo permitido por la mecánica cuántica. Aparece de forma natural en el análisis de Sommerfeld y determina el tamaño de la separación o  estructura fina de las líneas espectrales del hidrógeno.

La QED predice una relación entre el momento magnético  sin dimensiones del electrón (o el g-factor de Lande, ) y la constante de estructura fina . Una nueva medida de usando un ciclotrón cuántico de un electrón, junto con un cálculo QED que involucra 891diagrama de Feynman, determina el valor actual más preciso de :

esto es, una medida con una precisión de 0.70 partes por mil millones. Las incertidumbres son 10 veces más pequeñas que aquellas de los métodos rivales más próximos. Las comparaciones de los valores medidos y los calculados de suponen un test muy fuerte de QED, y ponen un límite para cualquier estructura interna del electrón posible.

En 2010, el científico John Webb publicó un estudio en el que revelaba datos que afirmaban que la constante no era igual en todo el universo y que se observaban cambios graduales en torno a un eje concreto de éste.

Algunos científicos sostienen que las constantes de la naturaleza no sean en realidad constantes, y la constante de estructura fina no escapa a estas afirmaciones.

Físicos de la University of New Wales (UNSW) tienen una teoría cuando menos controvertida, y es la de que la constante de estructura fina, alfa (α) , en realidad no es constante. Y estudian los alrededores de una enana blanca lejana, con una gravedad más de 30.000 veces mayor que la de la tierra, para comprobar su hipótesis.

Recientemente, la detección de los mapas de enlace-dimensional de la constante de estructura fina

Y la probabilidad de que un electrón emita o absorba un fotón es la constante de estructura fina. El valor de esa constante es 1/137.

En otras palabras, sólo un afortunado electrón de cada 137 emite un fotón. Este es el significado de alfa: es la probabilidad de que un electrón, cuando se mueve a lo largo de su trayectoria, emita caprichosamente un fotón.

El inverso de la constante de estructura fina es 137. Desde su descubrimiento, éste número ha traído de cabeza a los grandes científicos.

Fue Richard Feynman, precisamente, quien sugirió que todos los físicos pusiesen un cartel en sus despachos o en sus casas que les recordara cuánto es lo que no sabemos. En el cartel no pondría nada más que esto: 137. Ciento treinta y siete es el inverso de algo que lleva el nombre de constante de estructura fina. Este número guarda relación con la probabilidad de que un electrón emita o absorba un fotón. La constante de estructura fina responde también al nombre de alfa, y sale de dividir el cuadrado de la carga del electrón por el producto de la velocidad de la luz y la constante de Planck. Tanta palabra no significa otra cosa sino que ese solo número, 137, encierra los meollos del electromagnetismo (el electrón), la relatividad (la velocidad de la luz) y la teoría cuántica (la constante de Planck). Menos perturbador sería que la relación entre todos estos importantes conceptos hubiera resultado ser un uno o un tres o quizás un múltiplo de pi. Pero ¿137?

“Lo más notable de este notable número es su a-dimensionalidad. La velocidad de la luz es de unos 300.000 kilómetros por segundo. Abraham Lincoln medía 1,98 metros. La mayoría de los números vienen con dimensiones. Pero resulta que cuando uno combina las magnitudes que componen alfa, ¡se borran todas las unidades! El 137 está solo: se exhibe desnudo a donde va. Esto quiere decir que a los científicos de Marte, o a los del decimocuarto planeta de la estrella Sirio, aunque usen Dios sabe qué unidades para la carga y la velocidad y qué versión de la constante de Planck, también les saldrá 137. Es un número puro.”

El que fuera Director del CERN escribió el libro figurado arriba y facilitó datos de interés, de entre ellos algunos matices sobre el número 137 que nos lleva hasta Alfa (α), la Constante de Estructura Fina. En el libro decía: “No importa que clase de guarismos emplearan los científicos de otros mundos, pero al final, el resultado de Alfa sería una combinación del electrón (e), la constante de Planck (h) y la velocidad de la luz (c), para obtener el resultado final de… ¡137! Que esconde los secretos del electromagnetismo, del cuanto de acción en la mecánica cuántica, y de la velocidad de la luz.

Uno de los padres de la mecánica cuántica, Wolfgang Pauli, se obsesionó tanto con este número que dijo que, de poder hacerle una pregunta a Dios, sería esta: “¿Por qué 137?”

Gracias a su gran amistad con Carl G. Jung, Pauli conoció el mundo “alternativo” de los estudios sobre la psique y accedió a la tradición esotérica que ha acompañado al hombre desde el principio de los tiempos. Es así como supo que 137 se aproxima al valor correspondiente al ángulo áureo. Esto es, la versión circular del número áureo o φ (phi).

En realidad, el ángulo de oro es, más o menos, 137,5º, y está presente en todo proceso natural donde se dé una combinación de espirales. Así, por ejemplo, las hojas de una planta surgen a lo largo del tallo cada 137,5º, pues así se logra la mayor eficiencia de espacio y de captación de la luz solar, ya que únicamente con éste ángulo es posible evitar que ninguna hoja obstaculice a las demás en la toma de luz sin que existan espacios muertos o vacíos.

Esta semejanza entre los valores de la constante de estructura fina y el ángulo áureo llevó a la doctora Raji Heyrovska a buscar el ángulo áureo en el universo atómico (véase versión en español de su estudio).

Que esto sea así no debería extrañarnos, pues si el número áureo es una constante en toda la Naturaleza, su versión angular es la apropiada para estar presente en el universo cuántico, donde, recordemos, los elementos básicos de la realidad se reducen a funciones de onda.

La Spira Mirabilis: e

Los SÍMBOLOS siempre han acompañado a la humanidad desde los tiempos más remotos hasta la actualidad. Su intenso uso no debe ocultar, sin embargo, que cuentan con la importante dificultad de su interpretación. No en balde, pretender mostrar a alguien lo que un determinado SÍMBOLO significa es tanto como enseñarle qué debería sentir al escuchar un sinfonía o al leer un poema. En última instancia, un símbolo significa algo diferente para cada uno.

La ESPIRAL es uno de los grandes símbolos de la espiritualidad y ha sido utilizada por la humanidad a lo largo de los siglos. No por nada, mientras que el lenguaje es racional, el SÍMBOLO es emocional y sensitivo. Los SÍMBOLOS no deben ser explicados, sino COMPRENDIDOS. Hay que meditar sobre ellos para intuir espiritualmente el orden de la realidad a la que aluden indirectamente.

Por ejemplo, el símbolo para la EXISTENCIA INMANIFESTADA, el No-SER, la NADA, es el PUNTO en el centro del INFINITO VACÍO de la In-substancia Primordial.  Así:

 Bueno; así, exactamente, no puede ser. Porque EL PUNTO es

• INVISIBLE, los ojos no le pueden ver;
• IMPERCEPTIBLE, los oídos no le pueden oír;  
• INTANGIBLE, no se le puede coger;
• INDIVISIBLE, no tiene partes; e
• INDESTRUCTIBLE, nada le afecta.

Cinco inescrutables [ESCUCHAR] que se confunden en uno:

EL No-SER

    Con ello no le negamos toda existencia, le negamos la realidad palpable y visible propia de todos los seres conocidos a través de nuestros sentidos  corpóreo-mentales.   Porque  EL PUNTO ES, LA NADA ES, tiene EXISTENCIA, aunque sea una existencia in-manifestada.

Fuente en Aula abierta de matemáticas

…y un final místico.

Los fotones no tienen masa ni carga eléctrica. Sin embargo, pueden “extraer” del vacío partículas con masa y carga, tanto negativa como positiva.

Más allá de la materia y la energía, del tiempo y del espacio, el concepto de función de onda nos introduce en una realidad abstracta de donde surge todo. Y si, como hemos dicho, a menor longitud de onda mayor energía, también es posible afirmar que, en eso que David Bohm llamaba “orden implicado”, cuanto menor es la longitud de una onda cuántica, mayor es la presencia de masa en el espacio-tiempo.

Para la física, las matemáticas se han mostrado como la realidad que subyace a la materia. Todo se puede reducir a números, entidades que forman y organizan el espacio-tiempo. En este nivel de realidad, ni la materia ni la energía existen como tales, sino que demuestran ser el resultado de la interacción de entidades abstractas.

Fuentes diversas.

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A pesar del tiempo transcurrido, la Vida, nos sigue asombrando. ¿Qué pasó para que surgiera?

Cúmulo abierto 290 Joyero Estelar

Aquellos primeros intentos del hombre por conocer el Universo y el lugar que ocupaba en él, convertía ese misterio de la Naturaleza en una poderosa historia que, desde épocas remotas, ha estado siempre desafiando nuestro intelecto. Cuando llegamos a un aceptable nivel de conocimientos, pudimos buscar los fósiles de animales como los dinosaurios siguen causando el asombro del público en general y nos transportan a un tiempo en los que reinaban en aquellos frondosos bosques mesozoicos por los que bullía la vida de aquellas bestias prodigiosas.

Cráneo de Lucy, el fósil de un niño de hace 3,3 millones de años de la especie Astrolopithecus afarensis. El cráneo de Lucy y unos huesos diminutos, cuidadosamente dispuestos en una vitrina, nos transportan hasta la cálida sabana africana en la que se gestó hace unos tres millones de años, la aventura de la especie humana.

Los más antiguos son los trilobites, esos monarcas de los mares cámbricos que, con sus extremidades articuladas, deambulaban por los arrecifes tropicales hace unos quinientos millones de años.

Pocos especímenes inspiran una mayor emoción entre los coleccionistas de fósiles que un trilobite completo. Estos antiguos artrópodos, parientes evolutivos de las langostas, arañas e insectos, se extinguieron hace muchos millones de años, pero a veces se les encuentra magníficamente conservados.

Los fósiles de animales, reclamados por la cultura popular tanto como por la ciencia, nos ofrece una crónica biológica de importante envergadura. Sin embargo, los fósiles sólo registran los capítulos más recientes de la colosal épica evolutiva de la Tierra. La historia completa de la vida abarca nada menos que cuatro mil millones de años, desde los extraños mundos de los océanos sulfurosos que se extendían bajo una atmósfera asfixiante, pasando por bacterias que respiraban hierro y quimeras microscópicas, hasta llegar por fin a nuestro familiar mundo de Oxígeno y Ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Sheherazade no habría imaginado un cuento más fascinante que esa realidad que nos cuenta la historia de la vida en el planeta Tierra.

Siendo mucho lo que, sobre la vida, hemos podido saber, no es suficiente para dar una explicación convincente. Cada nuevo dato, cada nuevo descubrimiento de los científicos especialistas, nos viene a plantear nuevas preguntas que no sabemos contestar.

Acordaos de lo que decía Jhon Archibal Wheeler, aquel gran Físico: “Vivimos en una isla rodeada por un mar de ignorancia”. Y, cada día, tenemos la obligación de buscar las respuestas que nos lleven a saber, de forma tal que, cada vez la isla se haga más grande y ese mar…, al menos se reduzca en una buemna proporción.

La historia científica de la vida es una narración apasionante que, correctamente explicada, nos ayuda a comprender no sólo nuestro pasado biológico sino también la Tierra y toda la vida que nos rodea en la actualidad. Esa diversidad biológica es el producto de casi cuatro mil millones de años de evolución. Somos parte de ese legado; al intentar comprender la historia evolutiva de la vida, comenzamos a entender nuestro propio lugar en el mundo y nuestra responsabilidad como administradores de un planeta que nos dio cobijo y al que nos tuvimos que adaptar lo mismo que él, el planeta, se adaptó a la presencia de la vida que, de alguna manera cambió su entorno climático, precisamente debido, a esa presencia viviente que generó las precisas condiciones para poder estar aquí.

La historia de la vida tiende a relatarse (no pocas veces) al estilo de la genealogía de Abraham: las bacterias engendraron a los protozoos, los protozoos engendraron a los invertebrados, los invertebrados engendraron a los peces, y así sucesivamente. Tales listas de conocimientos adquiridos pueden memorizarse, pero no dejan mucho espacio para pensar. La cuestión no es tan sencilla y los descubrimientos de la paleontología, la más tradicional de las empresas científicas, se entrelazan con nuevas ideas nacidas de la biología molecular y la geoquímica.

Los huesos de los Dinosaurios son grandes y espectaculares y hacen que los que los contemplan (niños y mayores), abran los ojos como platos, asombrados de tal maravilla. Pero, aparte del tamaño de sus habitantes, el mundo de los dinosaurios se parecía mucho al nuestro. Contrasta con él la historia profunda de la Tierra, que nos cuentan fósiles microscópicos y sutiles señales químicas y que es, pese a ello, un relato dramático, una sucesión de mundos desaparecidos que, por medio de la transformación de la atmósfera y una evolución biológica, nos llevan hacia el mundo que conocemos hoy.

Pero, ¿cómo podemos llegar a comprender acontecimientos que se produjeron hace mil millones de años o más? Una cosa es aprender que en las llanuras mareales de hace mil quinientos millones de años vivían bacterias fotosintéticas, y otra muy distinta cómo se infiere que unos fósiles microscópicos pertenecen a bacterias fotosintéticas, cómo se averigua que las rocas que los rodean se formaron en antiguas llanuras mareales y cómo se estima su edad en mil quinientos millones de años.

Las rocas australianas se han convertido en el lugar más idóneo del planeta para buscar indicios del origen de la vida en la Tierra. Ha sido en la formación Strelley Poll, al oeste del país, en Pilbara, donde un equipo de científicos, australianos en su mayoría, ha descubierto los fósiles microscópicos de unas bacterias que vivieron hace 3.400 millones de años y que aparecen asociados a diminutos cristales de pirita.

El leitmotiv epistemológico de cómo sabemos lo que creemos que sabemos, en realidad, aparece de manera espontánea a base de mucho estudio de campo, investigación exhaustiva en los más dispares rincones de la Tierra y, un profundo estudio concatenado en el tiempo de todo aquello que, en cada exploración pueda ir apareciendo. En tanto que empresa humana, estamos inmersos también en un relato de exploración que se extiende desde el espacio interior de las moléculas al espacio literalmente exterior de Marte y otros planetas.

Uno de los temas más claros de la historia evolutiva es el carácter acumulativo de la diversidad biológica. Las especies individuales (al menos las de los organismos nucleados) aparecen y desaparecen en una sucesión geológica de extinciones que ponen de manifiesto la fragilidad de las poblaciones en un mundo de competencia y cambio ambiental –de formas de vida con una morfología y fisiología características- es una historia de acumulación. La visión de la evolución a gran escala es indiscutiblemente la de una acumulación en el tiempo gobernada por las reglas de funcionamiento de los ecosistemas. La serie de sustituciones que sugieren los enfoques al estilo de la genealogía de Abraham no consigue captar este atributo básico de la historia biológica.

Así, creemos saber que la vida nació por mediación de procesos físicos en la Tierra primigenia. Estos mismos procesos –tectónicos, oceanográficos y atmosféricos- sustentaron la vida era tras era al tiempo que modificaban continuamente la superficie de la Tierra. Por fin la vida se expandió y se diversificó hasta convertirse en una fuerza planetaria por derecho propio, uniéndose a los procesos tectónicos y físico-químicos en la transformación de la atmósfera y los océanos.

Dondequiera que choquen las relativamente rápidas placas tectónicas oceánicas con las enormes placas continentales, se forman cadenas montañosas en continua elevación. Los ejemplos más espectaculares se subducción y formación montañosa son, respectivamente, la placa del Pacífico sumergiéndose en las profundas fosas del Asia oriental, y el Himalaya, que se eleva por el choque de las placas índica y euroasiática. Todo forma parte del proceso que llevó a la vida.

Para mí y para cualquiera que emplee la lógica de la ciencia que se guía por los hechos probados, el surgimiento de la vida como una característica definitoria –quizá la característica definitoria- de nuestro planeta es algo extraordinario.

¿Cuántas veces ha ocurrido lo mismo en la vastedad del Universo? Es lo primero que se me viene a la mente cuando (en la noche silenciosa, oscura y tranquila lejos del bullicioso ambiente de las ciudades y de su molesta contaminación lumínica), miro hacia las estrellas brillantes del cielo que, muy lejanas en regiones remotas, también como nuestro Sol, están rodeadas de mundos que, como el nuestro, habrán tenido la misma posibilidad que la Tierra para que la vida, pudiera surgir.

Hacer aquí un recorrido pormenorizado del largo camino que la vida ha tenido que recorrer, y dibujar un esquema a modo de un árbol de la vida, es imposible. El presente trabajo trata simplemente, de dejar una idea básica de cómo la vida llegó aquí, al planeta Tierra, y, de cómo pudo evolucionar con el paso del tiempo y dentro de su rica diversidad.

                                 En todos estos escenarios está presente la vida

Los expertos si han construido un árbol de la vida a partir de comparaciones ente secuencias de nucleótidos de genes de diversos organismos, las plantas y los animales quedan reducidos, en ese árbol, a brotes en la punta de una sola de las ramas. La mayor diversidad de la vida y, por extensión, la mayor parte de su historia, es microbiana. Así lo atestiguan todos y cada uno de los hallazgos encontramos en las rocas precámbricas que contienen fósiles de aquellas primeras formas de vida.

Y, una cosa está muy clara y no se presta a ninguna clase de dudas: Las Bacterias y las Arqueas, son los arquitectos de los ecosistemas terrestres.

Biólogos expertos indiscutibles de probada valía y reconocido prestigio, han llegado a sugerir que los genes de los organismos actuales contienen el relato completo de la historia evolutiva. Pero, de ser así se trataría, como en las historias de Shakespeare, de relatos limitados a los vencedores de la vida. Sólo la paleontología nos puede hablar de los trilobites, los dinosaurios y otras maravillas biológicas que ya no adoran la faz de la Tierra.

Para comprender la historia de la vida, tenemos que urdir en una misma tela los descubrimientos de la geología y de la biología comparativa, utilizando los organismos vivos para reanimar a los fósiles y a los fósiles para averiguar cómo ha llegado a formarse la diversidad de nuestra propia era.

Tras descubrir el mundo de las bacterias pudimos saber que, la vida en la Tierra, estaba representada de muchas maneras además de la que podíamos contemplar a nuestro alrededor. Otro “mundo” oculto a la vista, contenía una inmensidad de “criaturas” que, también contaban.

La similitud jerarquizada de las especies era bien conocida por aquellos antiguos naturalistas de los que, en su momento, ya hablamos aquí y dejamos una bonita reseña. Linneo la codificó hasta finales de la década de 1730 al proponer un sistema jerárquico de clasificación taxonómica que, prácticamente, sigue utilizándose en nuestros días. Pero fue Charles Darwin quien reconoció explícitamente la naturaleza genealógica de este patrón.

Podemos explicar las similitudes entre humanos y chimpancés atribuyéndolas a su descendencia de un antepasado común que poseía las distintas características que los dos grupos comparten. En realidad, el registro fósil de la descendencia humana es notablemente incompleto, pero los restos de esqueletos hallados en África y Asia, conforman esta predicción: Los Humanos no descienden de los chimpancés, divergieron a partir de un antepasado común que no era ni Homo ni Pan.

Está claro que, la especie Humana (por muchas razones), se cree muy superior a todos los demás seres vivos sobre la Tierra. Puesto que somos grandes animales (algo racionales), se nos podría perdonar que tengamos una visión del mundo que tiende a celebrar lo nuestro, pero la realidad es que nuestra perspectiva es errónea. Somos nosotros los que hemos tenido que evolucionar para encajar en el mundo microbiano, y no al revés. Que esto sea así se debe, en parte, a una cuestión histórica, pero también tiene una explicación en términos de diversidad y funcionamiento del ecosistema. Si los animales son la guinda de la evolución, las Bacterias son el pastel.

                                                       Anabaena  (cyanobacterium)

Las plantas, los animales, los hongos, las algas, y los protozoos son todos organismos eucariotas, genealógicamente vinculados por un modo de organización celular en el que el material genético aparece encerrado en el interior de una estructura membranosa llamada núcleo. Las Bacterias y los Procariotas son distintos: sus células carecen de núcleo. Por lo que respecta a su importancia biológica, los eucariotas parecen jugar con una clara ventaja; los organismos eucariotas se presentan en una gran variedad de tamaños y formas que van desde los escorpiones, los elefantes y las setas hasta los geranios, las luminarias y las amebas. Los procariotas, en cambio, son en su mayoría esferas diminutas, cilindros o espirales. Algunas bacterias forman filamentos sencillos de células unidas por sus extremos, pero son muy pocas las que llegan a construir estructuras multicelulares más complejas.

El tamaño y la forma sin duda dan la ventaja a los eucariotas, pero la morfología es sólo uno de los criterios posibles para medir la importancia ecológica. El metabolismo –el modo como un organismo obtiene materia y energía- es otro criterio, y de acuerdo con este son los procariotas los que destacan por su diversidad. Los organismos eucariotas básicamente viven de tres maneras sencillas, algunos, como nosotros mismos, somos heterótrofos, es decir, obtenemos tanto el Carbono como la energía que necesitamos para el crecimiento de ingerir moléculas orgánicas producidas por otros organismos. Para obtener energía, nuestras células utilizan oxígeno para descomponer azúcares en dióxido de carbono y agua mediante el proceso denominado respiración aeróbica (utilizamos oxígeno).

En caso de necesidad, podemos conseguir un poco de energía por medio de un segundo tipo de metabolismo llamado fermentación, un proceso anaeróbico (sin oxígeno) por el que una molécula orgánica se descompone en dos (sólo las levaduras y unos pocos eucariotas más viven fundamentalmente con este metabolismo.)

El tercer tipo principal de metabolismo energético que se encuentra en los eucariotas es la fotosíntesis que realizan las plantas y las algas: la clorofila y otros pigmentos asociados captan la energía del Sol, y ésta permite a las plantas fijar dióxido de carbono en forma de materia orgánica. Para convertir la luz en energía bioquímica las plantas necesitan un electrón, que proporciona el agua, y en el proceso se libera oxígeno como producto secundario.

Claro que, si comparamos las formas de metabolismo de los eucariotas con las de los procariotas, perdemos por goleada. La diversidad metabólica de los microorganismos procariotas, son el aspecto clave para estudiar la vida primigenia. Sus numerosas y asombrosas formas de metabolismo a las que se han adaptado para vivir son, en verdad, una maravilla de la Naturaleza.

Algunas, como nosotros mismos, utilizan oxígeno pero otras, para la respiración utilizan Nitrato disuelto (NO₃¯) en lugar de oxígeno, y aún otras usan iones sulfato (SO₄²¯) u óxidos metálicos de hierro p manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂ de forma muy parecida a como lo hacen las algas y plantas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de hidrógeno (H₂S), bien conocido por su característico olor a “huevos podridos” (en las Nebulosas es un material muy abundante), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar del agua para obtener los electrones que requiere la fotosíntesis. Como producto secundario se forma entonces azufre y sulfato, no oxígeno.

Las Cianobacterias constituyen sólo uno de los cinco grupos distintos de bacterias fotosintéticas. En los otros grupos, el aporte de electrones por H₂S, gas hidrógeno (H₂) o moléculas orgánicas es obligado y nunca se produce oxígeno. Estas bacterias fotosintéticas captan la luz con bacteriocloforila en lugar de la clorofila, más familiar. Otras usan vías metabólicas muy distintas, y un tercer grupo se sirve de una fuente de Carbono orgánico en lugar de CO₂.

Las variaciones bacterianas sobre temas metabólicos de la respiración, la fermentación y la fotosíntesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarióticos han desarrollado todavía otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosíntesis. Como los organismos fotosintéticos, los microbios quimiosintéticos toman el carbono del CO₂. Pero obtienen la energía de reacciones químicas y no de la radiación solar, lo que consiguen utilizando oxígeno o nitrato (o, de forma menos frecuente, el sulfato, el hierro hoxidizado o el manganeso) se combina con hidrógeno, metano o formas reducidas de hierro, sulfuro o nitrógeno de tal modo que la célula capta la energía desprendida por la reacción. Los procariotas metanogénicos resultan de particular interés para la ecología y la evolución, estas diminutas células extraen energía de una reacción  entre hidrógeno y dióxido de carbono en la que se libera metano (aquí, nos podemos acordar del foco de metano detectado en Marte).

              Se ha descubierto que la Atmósfera de Marte pudo haber contenido agua en abundancia, que ahora el agua está allí presente, que existen focos de metano que no se está seguro si su procedencia pudiera ser…de “seres vivos” microscópicos de los llamados metanógenos.

Las vías metabólicas de los procariotas sustentan los ciclos biológicos que mantienen la Tierra en su condición de planeta habitable.

Fijémonos por ejemplo en el dióxido de Carbono. Los Volcanes aportan CO₂ a los Océanos y la Atmósfera, pero la fotosíntesis lo sustrae a un ritmo más rápido. Tan rápido de hecho, que los organismos fotosintéticos podrían proveer de CO₂ a la atmósfera actual en poco menos de una década. Naturalmente no ocurre así, y ello se debe sobre todo a que esencialmente la respiración realiza la reacción fotosintética en sentido inverso. Mientras que los organismos fotosintéticos hacen reaccionar CO₂ con agua para producir azúcares y oxígeno los seres vivos que respiran (entre los que nos incluimos todos nosotros) hacen reaccionar azúcar con oxígeno y en el proceso liberan agua y dióxido de carbono. Conjuntamente, la fotosíntesis y la respiración reciclan el carbono en la biosfera y sostiene así la vida y su ambiente a largo tiempo.

Estaría bien dejar aquí una reseña de ese otro dominio microscópico al que llamamos extremófilos y que, por sus metabolismos increíbles, podrían vivir, en cualquier parte que nos podamos imaginar: Una Nebulosa, las profundidades de la Tierra, en las Salinas, en aguas pesadas, en capas altas de la atmósfera, en las profundidades oceánicas y, en fin, en cualquier sitio que nos pudiera parecer un infierno inhabitable, allí, para nuestro asombro, podrían estar ellas ricamente instaladas. Sin embargo, el trabajo se hace muy largo ya, y, lo que menos quisiera es que, el personal, comenzara a bostezar, aunque durante todo el recorrido, he procurado siempre plasmar las ideas de manera que despertara la curiosidad y, sobre todo, que dejara una idea clara de lo que la vida ha sido en la Tierra desde su aparición.

¿Qué nos queda mucho por saber de la historia de la vida en la Tierra? Claro que sí. Sin embargo, es bueno estar al día de las cosas que ya sabemos.

emilio silvera

Fuente: Recopilación de textos diversos escritos por autores de reconocido prestigio. Aquí quedan párrafos de “La Vida en un joven Planeta”, de “Así de Simple”, o, de “La vida en Evolución” y, desde luego, nos da una idea básica de lo que la vida es y de cómo ha podido ir adaptándose al medio incidiendo en él para que, el ecosistema se convirtiera en el ideal para ella.

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            Antiguo laboratorio Cavendish

El laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, en Inglaterra, es posiblemente la institución científica más prestigiosa del mundo.  Desde su fundación, a finales del siglo XIX, el laboratorio ha sido responsable de algunos de los avances más innovadores y trascendentales de todos los tiempos: el descubrimiento del electrón  (1897), el descubrimiento de los isótopos de los elementos ligeros de la tabla periódica (1919), la división del átomo (1919), la revelación de la estructura del ADN (1953) y el descubrimiento de los púlsares (1967).  Desde la creación del premio Nobel en 1.901, más de veinte científicos del Laboratorio Cavendish o formados en él lo han ganado, ya sea en Física o en Química.

Fundado en 1871, el Laboratorio abrió sus puertas tres años después en un edificio neogótico de Free School Lane, que ostentaba una fachada de seis hastiales y una maraña de pequeñas habitaciones conectadas, en palabras de Steven Weinberg, “por una red incomprensible de escaleras y corredores.”

A finales del siglo XIX, poca gente sabía con exactitud a qué se dedicaban los “físicos”.  El término mismo era relativamente nuevo.  En Cambridge, la física se enseñaba como parte del grado de matemáticas.

En este sistema no había espacio para la investigación: se consideraba que la física era una rama de las matemáticas y lo que se le enseñaba a los estudiantes era como resolver problemas.

En la década de 1870, la competencia económica que mantenían Alemania, Francia, Estados Unidos, y Gran Bretaña se intensificó.  Las Universidades se ampliaron y se construyó un Laboratorio de física experimental en Berlín.

Cambridge sufrió una reorganización.  William Cavendish, el séptimo duque de Devonshire, un terrateniente y un industrial, cuyo antepasado Henry Cavendish había sido una temprana autoridad en teoría de la gravitación, accedió a financiar un Laboratorio si la Universidad prometía fundar una cátedra de física experimental.  Cuando el laboratorio abrió, el duque recibió una carta en la que se le informaba (en un elegante latín) que el Laboratorio llevaría su nombre.

Lord Kelvin uno de sus primeros miembros

Tras intentar conseguir sin éxito atraer primero a William Thomson, más tarde a lord Kelvin (quien entre otras cosas, concibió la idea del cero absoluto y contribuyó a la segunda ley de la termodinámica) y después a Hermann von Helmohltz, de Alemania (entre cuyas decenas de ideas y descubrimientos destaca una noción pionera del cuanto), finalmente se ofreció la dirección del centro a James Clerk Maxwell, un escocés graduado en Cambridge. Este fue un hecho fortuito, pero Maxwell terminaría convirtiéndose en lo que por lo general se considera el físico más destacado entre Newton y   Einstein.  Su principal aportación fue, por encima de todo, las ecuaciones matemáticas que permiten entender perfectamente la electricidad y el magnetismo.  Estas explicaban la naturaleza de la luz, pero también condujeron al físico alemán Heinrich Hertz a identificar en 1887, en Karlsruhe, las ondas electromagnéticas que hoy conocemos como ondas de radio.

Maxwell también creó un programa de investigación en Cavendish con el propósito de idear un estándar preciso de medición eléctrica, en particular la unidad de resistencia eléctrica, el ohmio.  Esta era una cuestión de importancia internacional debido a la enorme expansión que había experimentado la telegrafía en la década de 1850 y 1860, y la iniciativa de Maxwell no solo puso a Gran Bretaña a la vanguardia de este campo, sino que también consolidó la reputación del Laboratorio Cavendish como un centro en el que se trataban problemas prácticos y se ideaban nuevos instrumentos.

A este hecho es posible atribuir parte del crucial papel que el laboratorio iba a desempeñar en la edad dorada de la Física, entre 1897 y 1933.  Los científicos de Cavendish, se decía, tenían “sus cerebros en la punta de los dedos.”

                                     Lord Rayleigh

Maxwell murió en 1879 y le sucedió lord Rayleigh, quien continuó su labor, pero se retiró después de cinco años y, de manera inesperada, la dirección pasó a un joven de veintiocho años, Joseph John Thomson, que a pesar de su juventud ya se había labrado una reputación en Cambridge como un estupendo físico-matemático.  Conocido universalmente como “J.J.!, puede decirse que Thomson fue quien dio comienzo a la segunda revolución científica que creó el mundo que conocemos.

                                                                      Joseph John Thomson

La primera revolución científica comenzó con los descubrimientos de Copérnico, divulgados en 1543, y los de Isaac Newton en 1687 con su Gravedad y su obra de incomparable valor Principia Matemática, a todo esto siguió los nuevos hallazgos en la Física, la biología y la psicología.

Pero fue la Física la que abrió el camino.  Disciplina en permanente cambio, debido principalmente a la forma de entender el átomo (esa sustancia elemental, invisible, indivisible que Demócrito expuso en la Grecia antigua).

En estos primeras décadas del siglo XIX, químicos como John Dalton se habían visto forzados a aceptar la teoría de los átomos como las unidades mínimas de los elementos, con miras a explicar lo que ocurría en las reacciones químicas (por ejemplo, el hecho de que dos líquidos incoloros produjeran, al mezclarse, un precipitado blanco).  De forma similar, fueron estas propiedades químicas y el hecho de que variaran de forma sistemática, combinada con sus pesos atómicos, lo que sugirió al ruso Dimitri Mendeleiv la organización de la Tabla Periódica de los elementos, que concibió jugando, con “paciencia química”, con sesenta y tres cartas en su finca de Tver, a unos trescientos kilómetros de Moscú.

Pero además, la Tabla Periódica, a la que se ha llamado “el alfabeto del Universo” (el lenguaje del Universo), insinuaba que existían todavía elementos por descubrir.

La tabla de Mendeleyev encajaba a la perfección con los hallazgos de la Física de partículas, con lo que vinculaba física y química de forma racional: era el primer paso hacia la unificación de las ciencias que caracterizaría el siglo XX.

En Cavendish, en 1873, Maxwell refinaría la idea de átomo al introducir la idea de campo electromagnético (idea que tomó prestada de Faraday), y sostuvo que éste campo “impregnaba el vacío “y la energía eléctrica y magnética se” propagaba a través de él” a la velocidad de la luz.  Sin embargo, Maxwell aún pensaba en el átomo como algo sólido y duro y que, básicamente, obedecían a las leyes de la mecánica.

El problema estaba en el hecho de que, los átomos, si existían, eran demasiado pequeños para ser observados con la tecnología entonces disponible.

                                             Max Planck, físico alemán

Esa situación empezaría a cambiar con Max Planck, el físico alemán que, como parte de su investigación de doctorado, había estudiado los conductores de calor y la segunda ley termodinámica, establecida originalmente por Rudolf  Clausius, un físico alemán nacido en Polonia, aunque lord Kelvin también había hecho algún aporte.

Clausius había presentado su ley por primera vez en 1850, y esta estipulaba algo que cualquiera podía observar, a saber, que cuando se realiza un trabajo la energía se disipaba convertida en calor y que ese calor no puede reorganizarse en una forma útil.  Esta idea, que por lo demás parecería una anotación de sentido común, tenía consecuencias importantísimas.

Dado que el calor (energía) no podía recuperarse, reorganizarse y reutilizarse, el Universo estaba dirigiéndose gradual e imparable hacia un desorden completo:

Una casa que se desmorona nunca se reconstruye así misma, una botella rota nunca se recompone por decisión propia.  La palabra que Clausius empleó para designar este fenómeno o desorden irreversible y creciente fue “entropía”: su conclusión era que, llegado el momento, el Universo moriría.

En su doctorado, Planck advirtió la relevancia de esta idea.  La segunda ley de la termodinámica evidenciaba que el tiempo era en verdad una parte fundamental del Universo, de la física.  Sea lo que sea, el tiempo es un componente básico del mundo que nos rodea y se relaciona con la materia de formas que todavía no entendemos.

La noción de tiempo implica que el Universo solo funciona en un sentido, hacia delante, nunca se está quieto ni funciona hacia atrás, la entropía lo impide, su discurrir no tiene marcha atrás. ¿No será nuestro discurrir lo que siempre marcha hacia delante, y, lo que tenemos por tiempo se limita a estar ahí?

emilio silvera

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